В статье авторы предлагают новый метод получения трехмерных полых микросфер оксида цинка путем самоорганизации наностержней оксида цинка. Для этого проводилась гидротермальная обработка цинка в присутствии щелочи и этиленгликоля. Полученные ассоциаты были использованы в качестве газовых датчиков, которые при комнатной температуре обладают высокой чувствительностью к присутствию этанола и аммиака вследствие значительного соотношения площадь-объем. Помимо этого в данной работе был предложен механизм образования полых микросфер оксида цинка путем самоорганизации наностержней.
На рисунке 1 представлена морфологическая и структурная характеризация образцов полученных гидротермальным методом с использованием этиленгликоля в качестве растворителя. На рисунках 1.a и 1.b можно наблюдать большое количество трехмерных полых микросфер, образованных множеством небольших наностержней диаметром 50 нм и длиною в несколько сотен нанометров. Наиболее интересным представляется, что эти наностержни все время укладываются по одну сторону этой трехмерной наноструктуры, в результате давая выпуклость в центре по одну сторону от плоскости, в то время как другая поверхность является вогнутой. По данным РФА (рис 1 d) все вышеуказанные образцы представляют собой гексагональный ZnO.
Для того, чтобы понять механизм роста данных микросфер, ученые исследовали изменение морфологии наноструктур оксида цинка с различными временами реакции (рис 2). Оказалось, что в начале реакции образуется цепеобразный прекурсор гликолята цинка. При увеличении времени проведения реакции, данные цепи объединяются в кольцеобразные наноструктуры (рис 2.b и 2.c). По прошествии 3 часов данные кольцеобразные структуры, образовнные гликолятом цинка, трансформируются в кольцеобразные наноструктуры оксида цинка (рис 2.d), что подтверждается выделенной зоной на дифракционной картине образца (рис 2.d). Кроме того, морфология кольцеобразных наноструктур оксида цинка такая же, как и у изображенных на рис 1 в образцов.
Чувствительность газовых сенсоров при комнатной температуре на основе полых микросфер оксида цинка к присутствию этанола и аммиака в зависимости от концентрации представлена на рисунке 3. Видно, что чувствительность сильно возрастает при концентрации аммиака и этанола больше 80 миллионных долей моля. Полученных данные свидетельствуют о том, что сенсоры на основе микросфер оксида цинка являются более чувствительными при одних и тех же концентрациях аммиака и этанола и при комнатной температуре, чем ранее исследовавшиеся.
Так же подобный подход может быть применен для синтеза трехмерных наноструктур оксидов других металлов.
