Růst nanodrátů ZnO z roztoků v reaktorech se stálým průtokem

Abstract

Nanotyčky ZnO vykazují řadu význačných vlastností, díky nimž představují perspektivní materiál zejména pro použití v optoelektronice, fotovoltaice a detekci plynů. Tato diplomová práce se zabývá jejich přípravou hydrotermální metodou v dávkových a průtokových reaktorech. V rámci práce byla v těchto reaktorech připravena pole ZnO nanotyček, jejichž morfologie a optické vlastnosti byly následně charakterizovány pomocí skenovacího elektronového mikroskopu a fotoluminiscenční spektroskopie. Součástí práce byla také implementace matematického modelu růstu nanotyček v komerčním programu COMSOL Multiphysics, který zahrnuje difuzní a konvekční transport a reakční kinetiku syntézy ZnO. Tento model byl dále použit k vysvětlení rozdílů v morfologii a optických vlastnostech nanotyček připravených v dávkovém a v průtokovém reaktoru.

ZnO nanowires exhibit many outstanding properties such as wide direct band gap, high exciton binding energy, and high piezoelectric constants, making them a promising material for applications in optoelectronics, photovoltaics, and gas detection. This thesis deals with their preparation by a hydrothermal method in batch reactors and reactors with continuous flow. Within the framework of this work, arrays of ZnO nanowires were prepared in these reactors, and their morphology and optical properties were subsequently characterized by scanning electron microscopy and photoluminescence spectroscopy. The work also included the implementation of a mathematical model for the growth of the nanowires in a commercially available software, COMSOL Multiphysics, which includes diffusive and convective transport and reaction kinetics for ZnO synthesis. This model was further used to explain the differences in the morphology and optical properties of nanowires prepared in batch and flow reactors.