Zeitschrift für Nanomaterialien und molekulare Nanotechnologie

Einfache Synthese von 1D- und 2D-Zinksulfid-Nanostrukturen auf mehrschichtigem Graphen

Al-Ruqeishi SM, Al-Shukaili H, Mohiuddin T, Karthikeyan S und Al-Busaidi R 

ZnS-Nanostrukturen wurden über einem mehrschichtigen Graphensubstrat mittels chemischer Gasphasenabscheidung hergestellt. Eine kontrollierbare Morphologie der gewachsenen ZnS-Nanostrukturen, einschließlich (1D) Nanodrähten, (2D) Scheiben und Nanoflocken, wurde durch direkte karbo-thermische Verdampfung einer (1:1) Mischung aus ZnS- und Graphitpulver erreicht. Die Substratposition und damit dessen Temperatur erwiesen sich als entscheidender Wachstumsparameter, der die Morphologie der gewachsenen ZnS-Nanostrukturen steuert. Der durchschnittliche Durchmesser der ZnS-1D-Nanodrähte bei T= 400 °C und der 2D-planar gefüllten Nanoscheiben bei T=300 °C beträgt 0,418 ± 0,007 μm bzw. 0,600 ± 0,020 μm. Bei einer niedrigeren Substrattemperatur, <300 °C, bildeten sich durch die Verschmelzung von Nanoscheiben periodische, runde Formen oder Flocken mit einigen Nanodrähten an ihren Rändern. Das liegt daran, dass bei niedrigeren Temperaturen eine höhere Flüssigkeitsinstabilität zu mehr Kristallisationskernen und einer höheren Umwandlungsrate vom flüssigen in den festen Zustand führt, weshalb kleine Nanoscheiben zu einer größeren Flockenstruktur verschmelzen. Alle Produkte haben eine kubische Sphalerit-ZnS-Struktur und vorzugsweise intensive (111)-Ebenen. Der Gitterparameter für (220)-Ebenen betrug 5,72 Å mit 5,92 % Dehnung, was eindeutig darauf hinweist, dass sie sich im Zugspannungsbereich befinden. Mithilfe von Raman wurde das Vorhandensein von Graphenschichten und ZnS-Nanostrukturen (Vergrößerungsbereich 100–700 cm-1) auf Multigraphenschichten vor und nach dem Wachstumsprozess bestimmt. Darüber hinaus wurden PL-Emissionen von ZnS-Nanostrukturen in Violett und Cyanblau mit einem Zentrum von 3,23 EV bzw. (2,41–2,53 EV) festgestellt und auf Defekte wie Zn2+-Leerstellen, S2−-Zwischengitteratome und Versetzungen zurückgeführt. Graphenbasierte anorganische Hybrid-Nanostrukturen bieten mehrere potenzielle Anwendungen in der Optoelektronik und Nanoelektronik wie Fotodetektoren, Photovoltaik und optischen Geräten.