Разработка новых методов получения люминесцентных наноматериалов на основе оксида цинка.

Были синтезированы наноматериалы на основе оксида цинка методами мягкой химии, термического роста из солевых смесей, гидротермальным методом.
Проведена первичная характеризация образцов (РФА,ИКЛ,ФЛ,СЭМ,ПЭМ) методами локального рентгеновского спектрального анализа и низкоэнергетичной электронной нанолюминисценции на основе сканирующей электронной микроскопии.
Получены наночастицы ZnO в матрице мезопористого оксида кремния с различным диаметром пор (с размером частиц от 1 до 5 нм).
Была проведена комплексная диагностика наноструктур. Полученные композиты были исследованы методами ПЭМ, ЭД, СЭМ,ФЛ, капилярной адсорбции азота, термического анализа, РФА, дифракции рентгеновского излучения на малых углах, люминисценции.

Объектом работы на данном этапе выполнения проекта являлись наноматериалы и наноструктуры ZnO, допированные различными ионами.
Цель работы состояла в синтезе кристаллического ZnO, допированного различными ионами in situ или в процессе пост-ростовой термохимической обработки и исследованию свойств полученных наноматериалов и наноструктур на их основе. Показаны прототипы устройств, которые можно создать на их основе.
В результате работы были синтезированы кристаллические порошки, поли- и монокристаллические слои оксида цинка, номинально чистого и допированного ионами железа, марганца, олова, кобальта, индия (методы роста из солевых смесей, гидротермального синтеза и пиролиза), получены и проанализированы данные по составу допантов и влиянию допирования на УФ люминесценцию оксида цинка при катодном и оптическом возбуждениях, проведена комплексная диагностика наноструктур методами РФА, СЭМ, ПЭМ, ИКЛ, ФЛ.
Изучен механизм формирования нанокристаллического оксида цинка при гидротермальной кристаллизации геля гидроксида цинка методом калориметрии теплового потока. Получены данные о температурных интервалах, тепловых эффектах, кинетике и механизме основных стадий. Изучено влияния ультразвукового и микроволнового воздействия на процессы высокотемпературного гидролиза и кристаллизацию аморфных гелей гидроксидов в широком температурном интервале (100-250оС), а также на микроморфологию и люминесцентные свойства ZnO.
Активация порошковых образцов ZnO ионами приводит к заметному сужению линии люминесценции в видимой области с центром 524 нм и полушириной 40 нм. На порошках ZnO получена при комнатной температуре низкопороговая (минимальное полученное значение Епор=0.56 мДж/см2) эффективная лазерная генерация с четкой модовой структурой спектров индуцированного излучения.
На кремниевых подложках изготовлены вертикальные структуры из наностержней ZnO. В сканирующем электронном микроскопе исследованы их электрические и оптические свойства.

В результате работ были разработаны доступные, экономичные и воспроизводимые методы получения люминесцентных наноматериалов на основе оксида цинка, проведена характеризация их структурных, оптических и электронных свойств; получены опытные образцы и на их основе созданы наноструктуры, моделирующие такие устройства как детектор УФ-излучения, светодиод, сенсор. Был исследован механизм роста наностержней оксида цинка из солевых смесей, а также изучен механизм формирования нанокристаллического оксида цинка при гидротермальной кристаллизации. Были получены и проанализированы спектры стимулированного излучения синтезированных образцов порошков оксида цинка, что окрывает перспективы создания порошкового лазера. Были разработаны оригинальные методики нанесения на подложки нанопроволок оксида цинка, изготовлены электрические контакты к нанопроволокам оксида цинка, определены оптические и электронные свойства нанопроволок.
Проведены эксперименты по выращиванию эпитаксиальных плёнок оксида цинка на сапфировых подложках с бомбардировкой ионами осаждаемого материала. Изготовлены планарные структуры на основе наноматериалов из чистого и легированного примесями окида цинка с использованием процессов электронной литографии. Изготовлены вертикальные структуры с наностержнями и нанопроволоками оксида цинка. Исследованы электрические и оптические свойства наноструктур с использованием методов на базе сканирующей электронной микроскопии. Изготовлены подложки на основе анодного оксида алюминия на проводящих подложках. Нанопоры анодного оксида алюминия заполнены оксидом цинка. Полученные результаты находятся на высоком научно-техническом уровне. Нелегированные наностержни оксида цинка продемонстрировали свойства на уровне лучших мировых результатов. В нелегированных наностержнях была продемонстрирована оптически возбуждённая лазерная генерация. Планарные структуры на основе наностержней оксида цинка обладали хорошей фоточувствительностью к облучению светом синего и ультрафиолетового диапазона. На основе наностержней, легированных литием и железом и обладавших ферромагнитными свойствами, были изготовлены планарные структуры. Вольт-амперные характеристики таких структур демонстрировали стабильный гистерезис. На этих структурах было продемонстрировано двухуровневое переключение сопротивления. Этот эффект может быть использован для изготовления энергонезависимых ячеек памяти. Были изготовлены гетерогенные p-n переходы на основе нелегированных наностержней оксида цинка и плёнок оксида никеля с p-типом проводимости.