Investigation of the transformation of the surface architecture of zinc oxide powders synthesized by grinding during etching with argon ions

Игорь Александрович Пронин; Алексей Сергеевич Комолов; Александр Сергеевич Леньшин; Надежда Дмитриевна Якушова; Андрей Андреевич Карманов

doi:10.17308/kcmf.2025.27/12804

Игорь Александрович Пронин ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», ул. Красная, 40, Пенза 440026, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-3037-3601
Алексей Сергеевич Комолов ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет», Университетская наб., 7–9, Санкт-Петербург 199034, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-2942-9823
Александр Сергеевич Леньшин ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-1939-253X
Надежда Дмитриевна Якушова ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», ул. Красная, 40, Пенза 440026, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-0358-7818
Андрей Андреевич Карманов ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», ул. Красная, 40, Пенза 440026, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-8318-8149

DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2025.27/12804

Ключевые слова: оксид цинка, травление, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, поверхность

Аннотация

Цель статьи: Исследование методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии трансформации архитектуры поверхности порошков оксида цинка, предварительно полученных механическим размолом, при их травлении ионами аргона.

Экспериментальная часть: Травление происходило в два этапа продолжительностью по 30 с при токе 0.001 мА. Установлено, что на поверхности исходных порошков 45 % цинка входит в состав кристаллической решетки ZnO, а остальные 55 % существуют в форме гидроксида.

Выводы: Первый этап травления уменьшил долю гидроксильных групп на поверхности до 1 на 5 катионов цинка в решетке ZnO, а дальнейшее траление показало невозможность более глубокой очистки образца от OH-групп. Атомы углерода, напротив, практически полностью покинули поверхность порошка после окончания второго этапа травления.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Игорь Александрович Пронин, ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», ул. Красная, 40, Пенза 440026, Российская Федерация

д. т. н., доцент, заведующий кафедрой «Нано- и микроэлектроника», Пензенский государственный университет (Пенза, Российская Федерация)

Алексей Сергеевич Комолов, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет», Университетская наб., 7–9, Санкт-Петербург 199034, Российская Федерация

д. ф.-м. н., профессор кафедры «Электроника твердого тела», Санкт-Петербургский государственный университет (Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Александр Сергеевич Леньшин, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

д. ф.-м. н., в. н. с. кафедры физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

Надежда Дмитриевна Якушова, ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», ул. Красная, 40, Пенза 440026, Российская Федерация

к. т. н., доцент кафедры «Нано- и микроэлектроника», Пензенский государственный университет (Пенза, Российская Федерация)

Андрей Андреевич Карманов, ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», ул. Красная, 40, Пенза 440026, Российская Федерация

к. ф.-м. н., доцент кафедры «Нано- и микроэлектроника», Пензенский
государственный университет (Пенза, Российская Федерация)

Литература

Dutta T., Noushin T., Tabassum S., Mishra S. K. Road map of semiconductor metal-oxide-based sensors: a review. Sensors. 2023;23(15): 6849. https://doi.org/10.3390/s23156849

Zaki R. S. R. M., Jusoh R., Chanakaewsomboon I., Setiabudi H. D. Recent advances in metal oxide photocatalysts for photocatalytic degradation of organic pollutants: a review on photocatalysts modification strategies. Materials Today: Proceedings. 2023;107: 59–67. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.07.102

Lu B., Zhuge F., Zhao Y., … Lu J. Amorphous oxide semiconductors: from fundamental properties to practical applications. Current Opinion in Solid State and Materials Science. 2023;27(4): 101092. https://doi.org/10.1016/j.cossms.2023.101092

Averin I. A., Pronin I. A., Moshnikov V. A., … Kuznecova M. V. Analysis catalytic and adsorption properties of d-modifier metal tin dioxide. Nano- and Mikrosystems Technology. 2014; 168(7): 47–51. (In Russ., abstract in Eng.). Available at: https://elibrary.ru/item.asp?edn=sighhn

Pronin I. A., Yakushova N. D., Karmanov A. A., … Moshnikov V. A. Evolution of acid–base properties of the surface of zinc oxide powders obtained by the method of grinding in an attritor. Glass Physics and Chemistry. 2018; 5(44): 464–473. https://doi.org/10.1134/S1087659618050140

Van Heerden J. L., Swanepoel R. XRD analysis of ZnO thin films prepared by spray pyrolysis. Thin Solid Films. 1997;1-2(299): 72–77. https://doi.org/10.1016/S0040-6090(96)09281-4

Holzwarth U., Gibson N. The Scherrer equation versus the’Debye-Scherrer equation’. Nature Nanotechnology. 2011;9(6): 534–534. https://doi.org/10.1038/nnano.2011.145

Marrani A. G., Caprioli F., Boccia A., Zanoni R., Decker F. Electrochemically deposited ZnO films: an XPS study on the evolution of their surface hydroxide and defect composition upon thermal annealing. Journal of Solid State Electrochemistry. 2014;18: 505–513. https://doi.org/10.1007/s10008-013-2281-2

Das J., Pradhan S. K., Sahu D. R., … Roul B. K. Micro-Raman and XPS studies of pure ZnO ceramics. Physica B: Condensed Matter. 2010;10(405): 2492–2497. https://doi.org/10.1016/j.physb.2010.03.020

Au C. T., Hirsch W., Hirschwald W. Adsorption and interaction of carbon dioxide, formic acid and hydrogen/carbon dioxide mixtures on (1010) zinc oxide surfaces studied by photoelectron spectroscopy (XPS and UPS). Surface Science. 1988;3(199): 507–517. https://doi.org/10.1016/0039-6028(88)90918-1

Pronin I. A., Averin I. A., Karmanov A. A., … Korotcenkov G. Control over the surface properties of zinc oxide powders via combining mechanical, electron beam, and thermal processing. Nanomaterials. 2022;11(12): 1924. https://doi.org/10.3390/nano12111924