Příprava a charakterizace plniv pro polymerní nanokompozitní vrstvy využitelné v elektronice

Abstract

Práce se soustředí na jednokrokovou mikrovlnami asistovanou polyolovou syntézu nedopovaných a Fe- a Al-dopovaných nanočástic ZnO z octanu zinečnatého jako prekurzoru rozpuštěného v diethylen glykolu, která trvá vždy jen 15 minut. Mikrovlnný reaktor je výhodnější než konvenční, díky rychlosti a uniformitě ohřevu reakční směsi. Hlavní výhodou polyolové syntézy je schopnost redukovat ionty kovů a pasivace defektů na povrchu ZnO nanočástic. Byla studována role malých stechiometrických množství vody, a také kyseliny olejové (OA) jako povrch modifikujícího činidla, při syntéze. Průměrná velikost částic nedopovaného ZnO vzrůstá s přídavkem násobků molárně ekvivalentního množství vody do roztoku prekurzoru. Přídavek organického ligandu s dlouhým řetězcem, OA, vedl ke vzniku dobře dispergovaného produktu bez aglomerátů, navíc to umožňuje připravit disperze nanočástic ZnO (dopovaných i nedopovaných) v toluenu, což je nutné pro přípravu nanokompozitů. Dopování ZnO nanočástic bylo prováděno kvůli modifikaci zakázaného pásu polovodičových nanočástic pro úpravu jejich optických a elektronických vlastností. Fe3+ iony ze zdrojové soli se redukovaly na Fe2+ a byly přijaty do hostitelské krystalové mřížky nanočástic. Toto p-dopování potlačilo intenzitu UV luminiscence nanočástic. Přídavek zdroje Al3+ do reakční směsi vedl k n-dopování hostitelských nanočástic a nárůstu intenzity jejich UV luminiscence. Krystalinita a velikost nanokrystalitů byly analyzovány rentgenovou difraktometrií (XRD) a transmisní elektronová mikroskopie (TEM) ověřila morfologii a velikost připravených nanočástic. Optické vlastnosti nanočástic byly analyzovány spektrometrií v ultrafialové a viditelné oblasti (UV-Vis) a měřeními fluorescence. Difuzně reflektanční (DR) UV-Vis měření reflektance umožnilo stanovení šířky zakázaného pásu z Taucova grafu. Brusova rovnice byla využita jako model pro studium vztahu velikosti nanočástice a jejich elektronické struktury. Naposledy byly vybrány polymerní světlo emitující diody (PLED) jako příkladné elektronické prvky, aby se na nich demonstrovaly účinky tailorovaných nanočástic jako plniv pro nanokompozity s polymerní matricí pro využití v elektronice. Disperze čistých nebo různě dopovaných ZnO nanočástic v toluenových roztocích poly[2-methoxy-5-(2'-ethylhexyloxy)-1,4-fenylene vinylene] (MEH-PPV) byly nanášeny rotačním litím tak, aby se připravila tenká nanokompozitní vrstva sloužící po dohotovení přípravku jako samotná emisní vrstva v PLED. Intenzita elektroluminiscence se přidáním nanočástic do aktivní vrstvy zvyšovala. Přídavek Fe-dopovaných nanočástic snížil otevírací napětí diod, zatímco přídavek Al-dopovaných nanočástic zvýšil intenzitu EL. Navíc byly přídavkem nanočástic vylepšeny chromatické charakteristiky diod.