REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Polikristalinične BaTiO3 nanopalčke in SrTiO3 nanocevke smo sintetizirali z metodo
elektroforetske depozicije (EPD) barij titanatnega sola in stroncij titanatnega sola v pore
membran 2D urejenega anodiziranega aluminijevega oksida (AAO). Postopku je sledila toplotna
obdelava vzorcev in odtopitev AAO membrane.
BaTiO3 nanopalčke, sintetizirane v porah AAO membran so imele premer v razponu od
150 do 200 nm in povprečno dolžino od 10 do 25 μm. Z namenom pridobiti BaTiO3 nanopalčke
z najbolj pravilno obliko, smo sistematično spreminjali naslednje procesne parametre: napetost
med depozicijo, čas depozicije, temperaturo žganja in čas žganja. Sintetizirane BaTiO3
nanopalčke so polikristalinične in sestavljene iz kristaliničnih ksenomorfnih pseudo-kubičnih
BaTiO3 zrn velikosti od 10 do 30 nm. Na mejah med BaTiO3 zrni smo zasledili do 1 nm debelo
plast amorfnega BaTiO3. Ugotovili smo, da imajo BaTiO3 nanopalčke homogeno kemijsko
sestavo v celotni dolžini palčke. Nadalje smo opazili, da ima majhen del pseudo-kubičnih
BaTiO3 zrn vraščene bolj ali manj urejene lamele hexagonalnega polimorfa BaTiO3, ki ga
strukturno lahko opišemo kot 6H zaporedje (111) dvojčkov. Vzrok za nastanek (111) dvojčkov
je redukcija Ti4+ v Ti3+, do katere pride zaradi lokalne redukcijske atmosfere med procesom
žganja. Pri žganju v kisikovi atmosferi, je bila prisotnost heksagonalnega polimorfa občutno
manjša.
Električne meritve, ki smo jih opravili na posameznih BaTiO3 nanopalčkah so pokazale
vrednosti upornosti med 10 in 100 ohm·cm. Omenjene vrednosti so primerljive z vrednostmi, ki
so bile objavljene za BaTiO3, ki vsebuje kisikove vrzeli. Nadalje smo BaTiO3 nanopalčke
testirali kot možne senzorje vlage. Meritve električne prevodnosti pri različnih stopnjah vlažnosti
v okolju so pokazale ponovljiv in hiter odziv prevodnosti BaTiO3 nanopalčk v odvisnosti od
stopnje vlage. Slednja ugotovitev dokazuje, da lahko posamezne BaTiO3 nanopalčke integriramo
v kompleksna vezja s funkcijo nano-sezorjev vlage.
Polikristalinične SrTiO3 nanocevke z zunanjim premerom približno 200 nm, notranjim
premerom priblizno 150 nm in dolžino od nekaj mikrometrov do nekaj deset mikrometrov smo
sintetizirali z metodo elektroforetske depozicije stroncij titanatnega sola v pore AAO membran.
Pri sintezi SrTiO3 nanocevk smo opazili edinstven pojav samourejanja SrTiO3 nano-kock
znotraj AAO por, ki do sedaj še ni bil opisan za noben drug material sintetiziran z EPD sola v
pore AAO membran in nadaljnim žganjem. Omenjeni pojav kristalizacije povzroči organizirano
samourejanje nanokristalov v skorja idealen kocka-na-kocko zlog. Homogena nukleacija SrTiO3
znotraj por namreč ustvarja kritično število kristalitov in v procesu rasti kristalov nadalje vodi k
njihovemu samourejanju, ko dosežejo velikost, ki je enaka njihovi povprečni prosti razdalji.
Zaradi lokalnih steričnih omejitev se kristali prično urejati, s težnjo po najbolj učinkoviti
zapolnitvi razpoložljive površine na stenah por. Opisan proces vodi k nastajanju področij, ki
vsebujejo veliko število idiomorfnih SrTiO3 nano-kock, ki so same po sebi urejene v skoraj
popoln kocka-na-kocko in kocka-na-steno sklop, ki pokriva stene cevk. Opisan mehanizem kaže,
da se idiomorfni nanokristali med rastjo v amorfnem mediju lahko prilagajajo prostorskim
omejitvam in se posledično organizirajo v željeni geometriji. Z optimizacijo procesnih
parametrov lahko kontroliramo hitrost nukleacije in rast kristalov ter morfologijo osnovnih
nanokristalitov, ki jo pretežno določa njihova kristalna struktura. Na ta način lahko oblikujemo
monokristalne plasti poljubnih materialov v izbrani kristalografski orientaciji in v željeni
geometriji.
SrTiO3 nanocevke smo dopirali z železom, da bi povečali njihovo električno prevodnost.
Merili smo tokovno-napetostne (I-V) karakteristike pri sobni temperaturi. Rezultati so pokazali
idealno ohmsko odvisnost in izmerjeno upornost 35 ohm·cm na posamezni z železom dopirani
SrTiO3 nanocevki. Nadalje so bile nano-naprave, narejene iz posameznih, z železom dopiranih,
SrTiO3 nanocevk, testirane kot UV fotodetektorji. Izkazalo se je, da so pod vplivom obsevanja z
UV svetlobo tokovne karakteristike nano-naprave ponovljive in imajo zelo kratkek odzivni čas,
kar nakazuje na uporabnost omenjenih nano-naprav za UV nano fotodetektorje.