Synthesis and properties of doped ZnO ceramics

• Autorzy: Poddenezhny E. N. , Drobishevskaya N. E. , Mazanik A. V. , Korolik O. V. , Fedotov A. S. , Fedotov A. K. , Svito I. A. , Koltunowicz T. N.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2016.11.56

Warianty tytułu

PL

Synteza i właściwości domieszkowanej ceramiki ZnO

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In our work, we studied zinc oxide ceramic samples doped with aluminum and gallium. Structure peculiarities of ceramics depending on their synthesis regime were investigated by the SEM, EDX, XRD, and Raman spectroscopy methods. It was demonstrated that at some technological conditions the formation of indesirable phases of zinc aluminate or gallate may occur preventing an uniform material doping and reducing quality of samples. Single-phase ZnO ceramics were produced when the nanostructured alumina powders were used as a dopant source. The correlations between the synthesis regimes of ZnO ceramics and their electrophysical parameters essential for thermoelectric figure-of-merit (electrical conductivity and Seebeck coefficient) have been established. The best electrophysical characteristics were obtained when the nanostructured alumina produced by combustion in isopropyl alcohol was used as a dopant. Conductivity and Seebeck coefficient of such ceramics are equal to 3·103 S/m and -0.27 mV/K, respectively, corresponding to the power factor of 2.2·10-4 W/(m·K2).In our work, we studied zinc oxide ceramic samples doped with aluminum and gallium. Structure peculiarities of ceramics depending on their synthesis regime were investigated by the SEM, EDX, XRD, and Raman spectroscopy methods. It was demonstrated that at some technological conditions the formation of indesirable phases of zinc aluminate or gallate may occur preventing an uniform material doping and reducing quality of samples. Single-phase ZnO ceramics were produced when the nanostructured alumina powders were used as a dopant source. The correlations between the synthesis regimes of ZnO ceramics and their electrophysical parameters essential for thermoelectric figure-of-merit (electrical conductivity and Seebeck coefficient) have been established. The best electrophysical characteristics were obtained when the nanostructured alumina produced by combustion in isopropyl alcohol was used as a dopant. Conductivity and Seebeck coefficient of such ceramics are equal to 3·103 S/m and -0.27 mV/K, respectively, corresponding to the power factor of 2.2·10-4 W/(m·K2).

PL

W naszej pracy zbadaliśmy próbki ceramiki tlenku cynku domieszkowanej aluminium oraz galem. Specyfikę struktury ceramiki zależącą od warunków syntezy zbadano metodami SEM, EDX, XRD oraz spektroskopią Ramana. Zaprezentowano, że dla niektórych warunków technologicznych tworzą się niepożądane fazy glinianu cynku lub galusanu zapobiegając jednolitemu domieszkowaniu materiału oraz zmniejszając jakość próbek. Jednofazowa ceramika ZnO została uzyskana w czasie, gdy nanostrukturalny proszek tlenku aluminium był używany jako źródło domieszki. Określono powiązania pomiędzy warunkami otrzymywania ceramiki ZnO oraz jej elektro-fizycznymi parametrami niezbędnymi do termoelektrycznego współczynnika jakości (przewodnictwo elektryczne oraz współczynnik Seebeck`a). Najlepsze elektrofizyczne charakterystyki otrzymano, gdy używano jako domieszkę nanostrukturalny tlenek aluminium produkowany poprzez spalanie w alkoholu izopropylowym. Przewodność oraz współczynnik Seebeck`a tego typu ceramik wynosi odpowiednio 3·103 S/m oraz -0.27 mV/K, co odpowiada współczynnikowi mocy równemu 2.2·10-4 W/(m·K2).

Słowa kluczowe

EN

ZnO; ceramics; doping; electrical properties

PL

ZnO; ceramika; domieszkowanie; właściwości elektryczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 92, nr 11
• Strony: 232--235
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Poddenezhny E. N.

• P.O. Sukhoi, State Technical University of Gomel, 48 Oktyabria Pr., Gomel, Belarus

autor

Drobishevskaya N. E.

• P.O. Sukhoi, State Technical University of Gomel, 48 Oktyabria Pr., Gomel, Belarus

autor

Mazanik A. V.

• Belarusian State University, 4, Nezavisimosti av., 220030 Minsk, Belarus

autor

Korolik O. V.

• Belarusian State University, 4, Nezavisimosti av., 220030 Minsk, Belarus

autor

Fedotov A. S.

• Belarusian State University, 4, Nezavisimosti av., 220030 Minsk, Belarus

autor

Fedotov A. K.

• Belarusian State University, 4, Nezavisimosti av., 220030 Minsk, Belarus

autor

Svito I. A.

• Belarusian State University, 4, Nezavisimosti av., 220030 Minsk, Belarus

autor

Koltunowicz T. N.

• Lublin University of Technology, 38d, Nadbystrzycka Str., 20-618 Lublin, Poland

Bibliografia

• [1] Dmitriev A.V., Zvyagin I.P., Current trends in the physics of thermoelectric materials, Physics-Uspekhi 53 (2010), n.8, 789- 803
• [2] Nayak J., Sahub S.N., Kasuya J., Nozakia S., CdS–ZnO composite nanorods: Synthesis, characterization and application for photocatalytic degradation of 3,4-dihydroxy benzoic acid, Applied Surface Science 254 (2008), 7215-7218
• [3] Ning T., Gao P., Wang W., Lu H, Fu W., Zhou Y., Zhang D., Bai X, Wang E., Yang G., Nonlinear optical properties of composite films consisting of multi-armed CdS nanorods and ZnO, Optical Materials 31 (2009), 931-935
• [4] Nayak J., Lohani H., Bera T.K., Observation of catalytic properties of CdS–ZnO composite nanorods synthesized by aqueous chemical growth technique, Current Applied Physics 11 (2011), 93-97
• [5] Yang Y., Pradel K.C., Jing Q., Wu J.M., Zhang F., Zhou Y., Zhang Y., Wang Z.L., Thermoelectric Nanogenerators Based on Single Sb-Doped ZnO Micro/Nanobelts, ACS Nano 6 (2012), n.8, 6984-6989
• [6] Thompson R.S., Li D., Witte C.M., Lu J.G., Weak Localization and Electron-Electron Interactions in Indium-Doped ZnO Nanowires, Nano Letters 9 (2009), 3991-3995
• [7] Yang Y., Qi J., Liao Q., Zhang Y., Tang L., Qin Z., Synthesis and Characterization of Sb-Doped ZnO Nanobelts with Single- Side Zigzag Boundaries, The Journal of Physical Chemistry C 112 (2008), 17916-17919
• [8] Zhou M., Zhu H., Jiao Y., Rao Y., Hark S., Liu Y., Peng L., Li Q., Optical and Electrical Properties of Ga-Doped ZnO Nanowire Arrays on Conducting Substrates, The Journal of Physical Chemistry C 113 (2009), 8945-8947
• [9] Cuscó R., Alarcón-Lladó E., Ibanez J., Artús L., Jiménez J., Wang B., Callahan M.J., Temperature dependence of Raman scattering in ZnO, Physical Review B 75 (2007), art. no. 165202

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.