SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF ZINC OXIDE NANOPOWDER DOPED WITH COPPER BY MICROWAVE ASSISTED POLYOL METHOD. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Synthesis_and_Characterization_of_Zinc_Oxide_Nanopowder_Doped_with_Copper_by_Microwave_assisted_Polyol_Method.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

في هذا العمل انتجت عينات من مادة أكسيد الزنك النانوية المطعمة بنسب مختلفة من النحاس باستخدام طريقة البوليول ومساعدة الميكروويف عند درجتى الحرارة 180 و 200 مئوية. وقد فحصت خصائص هذه العينات المنتجة بعدة أجهزة مثل جهاز حيود الأشعة السينية (XRD)، وجهاز مطياف الإلكترون الضوئي (XPS)، والمجهر الإلكتروني الماسح (FESEM)، لقد أظهرت نتائج XRD أن التركيب البلوري السداسي لأكسيد الزنك لم يتغير بسبب عملية التطعيم . وكما أظهرت أيضا أن هناك زيادة تنشأ في حجم الجسيمات النانوية الدقيقة المكونة لأكسيد الزنك مع زيادة درجة حرارة الإنتاج في حين أن ارتفاع تركيزالتطعيم بالنحاس يقلل من حجم هذه الجسيمات النانوية الدقيقة. أما بالنسبة لأبعاد بلورة أكسيد الزنك فلم تعاني من أي تغيربسبب التطعيم بمادة النحاس نظراَ لتقارب نصف القطر الايوني لأكسيد الزنك وأكسيد النحاسيك . وقد شخص جهاز مطياف الإلكترون الضوئي (XPS) بعض العينات المنتجة المطعمة بالنحاس مؤكدة وجود أيونات Cu+2 ضمن الشبكة البلورية لأكسيد الزنك. كما أن المجهر الإلكتروني الماسح (FESEM) أعطى صوراً لشكل جسيمات مادة أكسيد الزنك النقية والمطعمة بالنحاس حيث لم يتغير الشكل, حيث لوحظ وجود حبيبات كروية كبيرة متشكلة من جسيمات نانوية دقيقة. وقد اتخذت الحبيبات الكبيرة الشكل الكروي الذي ظهر أكثر تجانساً وانتظاماً عند درجة الحرارة 180 مئوية. وأظهرت نتائج جهاز مطياف تشتيت طاقة الأشعة السينية (EDX) نقاوة العينات المنتجة من أي شوائب أو مواد أخرى يمكن أن تتواجد ضمن العينات. وكما تمت دراسة تأثير التطعيم بالنحاس على طاقة فجوة الربط لأكسيد الزنك بين حزمة التوصيل وحزمة التكافؤ’ وأظهرت النتائج أن طاقة فجوة الربط لأكسيد الزنك تناقصت بشكل ضئيل جداً من 3.29 إلى 63.2 إلكترون فولت.

English Abstract

In this work, pure and Cu-doped ZnO samples (Zn1-xCuxO, x=0, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.10, 0.12, 0.14) have been prepared using microwave assisted polyol method from zinc and copper acetates dissolved into diethylene glycol (DEG) at 180 ⁰C and 200 ⁰C. The structure, morphology and optical properties of synthesized pure and doped samples have been characterized by X-Ray Diffraction (XRD), X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM), and UV-visible light spectroscopy (UV-vis). XRD results showed that pure ZnO and Cu-doped ZnO synthesized by microwave assisted polyol method at 180 ⁰C and 200 oC have a hexagonal structure. The results showed that the grain size increases with increasing temperature whereas it decreases with increasing Cu doping concentration. In the present investigation we did not observe any noticeable change in the lattice parameters of Cu- doped ZnO for all synthesized samples. X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) technique has provided elemental and chemical information of Cu-doped ZnO samples and the results emphasized the presence of Cu+2 within Zn+2 crystals. FESEM investigation of pure ZnO and Cu-doped ZnO synthesized by microwave assisted polyol method at 180ºC and 200ºC showed spherical primary particles consisting of agglomerated nanoparticles. The samples synthesized at 180ºC had spherical shape more regularity than those samples synthesized at 200ºC. EDX spectra clearly confirm the chemical purity of the investigated samples. The chemical composition of samples indicates two components; Zn and O for pure samples whereas three components: Zn, Cu and O for doped ZnO samples. The effect of doping on the band gap of ZnO was studied by UV -visible diffuse reflectance spectroscopy. The results showed that the energy band gap of synthesized ZnO decreases very slightly from 3.29 to 3.26 eV with increasing Cu doping concentration within the ZnO samples.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Physics
Department:	College of Engineering and Physics > Physics
Committee Advisor:	Al-Quraishi, Saleh I
Committee Members:	Yamani, Zain Hassan and Al-Daous, Mohammed and Ziq, Khalil A and Khiari, Fatah Z
Depositing User:	Esam Gunaid Al-nahari (g200704690)
Date Deposited:	15 Sep 2012 06:03
Last Modified:	01 Nov 2019 15:36
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138761