ΠροτεινόμεναΘέματακαιΑνάθεσηΔιπλωματικώνΕργασιών
Μελέτη επίδρασης πρόσμειξης Mn στη φωτοκαταλυτική απόδοση νανο-ZnO
Οι ημιαγωγοί οξειδίων μετάλλων (MOS) χρησιμοποιούνται ευρέως σε ανιχνευτές υπεριώδους ακτινοβολίας (UV) λόγω της οπτικής τους διαφάνειας, της σταθερότητάς τους, του μεγάλου ενεργειακού χάσματος (bandgap) και της ευκολίας παρασκευής τους. Τα συνήθως χρησιμοποιούμενα υλικά MOS περιλαμβάνουν το διοξείδιο του κασσιτέρου (SnO2), το καρβίδιο του πυριτίου (SiC), το νιτρίδιο του γαλλίου (GaN), το διοξείδιο του τιτανίου (TiO2), το νιτρίδιο του αλουμινίου (AlN) και το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO). Αυτά τα υλικά είναι αποτελεσματικά στην ανίχνευση UV, ειδικά όταν ενσωματώνονται σε διατάξεις όπως φωτοαγωγοί και δομές μετάλλου-ημιαγωγού-μετάλλου (MSM). Μεταξύ αυτών, το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO) είναι ένας ημιαγωγός τύπου n με αρκετές αξιοσημείωτες ιδιότητες: άμεσο ενεργειακό χάσμα (3,37 eV), υψηλή φωτοευαισθησία, έντονη διαφάνεια στο ορατό φάσμα, εξαιρετική ηλεκτροχημική σταθερότητα, αντοχή στην ακτινοβολία και περιβαλλοντική φιλικότητα. Το ZnO έχει επίσης χρησιμοποιηθεί εκτενώς σε εφαρμογές όπως η φωτοκατάλυση, η χορήγηση φαρμάκων, οι οπτικές επιστρώσεις, οι φωταυγείς διατάξεις, τα ηλιακά κύτταρα, οι ανιχνευτές UV και οι δίοδοι λέιζερ. Το ZnO θεωρείται ευρέως ως ένα εξαιρετικά υποσχόμενο υλικό για την ανίχνευση υπεριώδους ακτινοβολίας λόγω του μεγάλου άμεσου ενεργειακού χάσματος και της μεγάλης ενέργειας σύνδεσης εξιτονίων (60 meV), στοιχεία που επιτρέπουν ισχυρή απορρόφηση UV και σταθερή εξιτονική δραστηριότητα σε θερμοκρασία δωματίου. Η υψηλή κινητικότητα των ηλεκτρονίων του, σε συνδυασμό με τις άφθονες εγγενείς καταστάσεις ατελειών (defect states), ενισχύει περαιτέρω τη δημιουργία και τη μεταφορά φορέων φωτός, οδηγώντας σε βελτιωμένη αποκρισιμότητα (responsivity) και φωτοαγώγιμο κέρδος. Η ικανότητα του ZnO να σχηματίζει ποικίλες νανοδομές με μεγάλους λόγους επιφάνειας προς όγκο εντείνει τις αλληλεπιδράσεις φωτός-ύλης και υποστηρίζει ταχείες διαδικασίες προσρόφησης-εκρόφησης στην επιφάνεια, οι οποίες είναι απαραίτητες για την επίτευξη ευαίσθητης και γρήγορης ανίχνευσης UV. Επιπλέον, το ZnO μπορεί να συντεθεί μέσω χαμηλού κόστους, κλιμακώσιμων μεθόδων κατασκευής και παρουσιάζει εξαιρετική χημική και θερμική σταθερότητα, καθιστώντας το έναν στιβαρό και ευέλικτο υποψήφιο για εφαρμογές ανιχνευτών UV υψηλής απόδοσης.
Τα νανοσωματίδια ZnO με πρόσμιξη μαγγανίου (Mn-doped) είναι εξαιρετικά κατάλληλα για φωτοανιχνευτές για δύο λόγους. Ο πρώτος είναι ότι η συγκέντρωση του Mn ενισχύει την απορρόφηση στην ορατή περιοχή του φάσματος. Ο δεύτερος είναι ότι η νέα ενεργειακή στάθμη διαχωρίζει το φωτοπαραγόμενο ζεύγος ηλεκτρονίου-οπής και λειτουργεί ως ενδιάμεση κατάσταση μεταξύ της ζώνης σθένους και της ζώνης αγωγιμότητας.
Επιβλέπων μέλος ΔΕΠ: Ευαγγελία Παυλάτου

Τομέας: Χημικών Επιστημών

Σχετικό Μάθημα : Επιστήμη και Τεχνολογία Περιβάλλοντος

Περίοδος Ανάθεσης: Φεβρουαρίου Ακ. Έτους 2025-2026