文章來(lái)源：JournalofMaterialsandElectronicDevices1(2022)1-6
   

 摘要
    在本研究中，純氧化鎳(NiO)和鈰(Ce)以不同比例(5mol%和10mol%)通過(guò)動(dòng)態(tài)溶膠-凝膠旋涂法涂覆在顯微鏡玻璃上。四水合乙酸鎳(II)用作鎳(Ni)源，六水合硝酸鈰(III)用作Ce源。涂覆過(guò)程在2000rpm下進(jìn)行30秒鐘，并制成兩層涂層。樣品在450℃退火1小時(shí)。通過(guò)X射線(xiàn)衍射分析(XRD)確定了樣品的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)和能量色散X射線(xiàn)能譜儀(EDX)對(duì)涂層表面的形貌進(jìn)行了表征。成功制備了摻鈰氧化鎳薄膜。晶格參數(shù)和晶胞體積隨著ce摻雜量的增加而增加。鈰的摻雜形成了不同形貌的顆粒。隨著Ce摻雜，形成了更粗糙的表面，并且隨著摻雜比的增加而增加。結(jié)果表明，鈰的摻雜可以改變NiO薄膜的結(jié)構(gòu)和形貌。認(rèn)為所生產(chǎn)的Ce摻雜的NiO薄膜可以在光電器件中找到應(yīng)用領(lǐng)域。
    摻雜和未摻雜的NiO薄膜通過(guò)不同的方法成功地制備，例如化學(xué)氣相沉積、激光、射頻濺射、溶膠-凝膠和噴霧熱解。溶膠-凝膠工藝具有一些優(yōu)點(diǎn)，例如簡(jiǎn)單、低成本，并且允許大面積的薄膜沉積。
    在文獻(xiàn)中可獲得諸如摻雜Ce的納米顆粒的生產(chǎn)、它們的表征和作為氣體傳感器的用途、它們?cè)诔?jí)電容器應(yīng)用中的用途以及它們的**性質(zhì)的研究。Arif等人生產(chǎn)了1wt%、2.5wt%和5wt%。溶膠-凝膠旋涂法制備鈰摻雜氧化鎳薄膜。他們研究了他們生產(chǎn)的薄膜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性。在文獻(xiàn)中，可以看到關(guān)于Ce摻雜的NiO薄膜的生產(chǎn)的研究和對(duì)它們的結(jié)構(gòu)和形態(tài)性質(zhì)的研究是有限的，因此決定進(jìn)行這項(xiàng)研究。與文獻(xiàn)研究不同，在我們看來(lái)，由于以前文獻(xiàn)中沒(méi)有研究過(guò)，所以在本研究中，高鈰摻雜(5mol%和10mol%)采用動(dòng)態(tài)溶膠-凝膠旋涂法制備了NiO薄膜。研究了所制備薄膜的結(jié)構(gòu)和形貌特性。
    在本研究中，純NiO，5mol%和10mol%Ce。用動(dòng)態(tài)溶膠-凝膠旋涂法在顯微鏡玻璃上制備了摻鈰氧化鎳薄膜。用XRD、FE-SEM和EDX分析對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征。
    實(shí)驗(yàn)部分
    將顯微鏡玻璃切成10×10mm2的小塊，分別用丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗。玻璃片用氮?dú)飧稍铮?chǔ)存在真空容器中，直到涂覆過(guò)程。對(duì)于NiO涂層所需的溶膠-凝膠，將0.5M(Ni(OCOCH3)2·4H2O)加入到10ml2-甲氧基乙醇中，并在磁力攪拌器中混合，直到所有顆粒溶解。然后向該混合物中加入0.5M單乙醇胺。將該混合物在80℃下攪拌2小時(shí),以獲得溶膠-凝膠。在Ce摻雜的樣品中，將(Ce(NO3)3·6H2O)與(Ni(OCOCH3)2·4H2O在5mol%和10mol%的比值下，總量為0.5M，并重復(fù)上述所有過(guò)程。將獲得的溶膠-凝膠在室溫下靜置24h，并用動(dòng)態(tài)溶膠-凝膠旋涂法涂覆在光學(xué)顯微鏡玻璃上，該玻璃預(yù)先被切割和清洗。涂覆過(guò)程在FYTRONIX牌旋涂設(shè)備中以2000rpm的速度進(jìn)行30秒。涂覆過(guò)程后，樣品在150℃下干燥10分鐘，在室溫下等待10分鐘后，以相同的方式涂覆**涂層。樣品在450℃的烘箱中退火1小時(shí)。獲得的純NiO，5mol%Ce和10mol%Ce摻雜的NiO涂覆的樣品分別命名為NiO、NiO-5Ce和NiO-10Ce。
    結(jié)果和討論
    通過(guò)動(dòng)態(tài)溶膠-凝膠旋涂法生產(chǎn)的純的和Ce摻雜的NiO薄膜的FE-SEM圖像和EDX分析圖如圖2-4所示。可以看出，隨著Ce的摻雜，形成了不同形貌的薄膜。所有薄膜都由納米結(jié)構(gòu)組成，并且這些顆粒的尺寸隨著Ce比率的增加而增加。純NiO具有均勻的、無(wú)空隙的和平的涂層表面。NiO樣品的涂層表面由納米尺寸的細(xì)粒堆疊顆粒組成。另一方面，在NiO-5Ce樣品的涂層表面上與這些結(jié)構(gòu)一起可以看到手動(dòng)的、納米尺寸的棒狀結(jié)構(gòu)。由于添加了Ce，該樣品的表面更粗糙，并且在一些地方存在空隙。高Ce摻雜樣品(NiO-10Ce)的表面比其他樣品更粗糙，并且由較大尺寸的堆疊納米結(jié)構(gòu)顆粒組成。在對(duì)Zn和Pb摻雜薄膜的研究中發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的結(jié)果，并且通過(guò)摻雜獲得了更粗糙的表面。根據(jù)取自樣品涂層表面的EDX分析結(jié)果，NiO由at.%8.44Ni-91.56O元素，NiO-5Ce由at.%0.79Ni-0.42Ce-98.79O元素和由at組成的NiO-10Ce.%0.47Ni-0.53Ce元素。正如預(yù)期的那樣，Ce比率隨著添加劑比率的增加而增加。結(jié)果表明，摻雜可以改變NiO薄膜的結(jié)構(gòu)和形貌。

    圖2.NiO樣品a)和b)的涂層表面的FE-SEM圖像，以及c)EDX分析圖。
    圖3.NiO-5Ce樣品a)和b)的涂層表面的FE-SEM圖像，以及c)EDX分析圖。
    圖4.NiO-10Ce樣品a)和b)的涂層表面的FE-SEM圖像，以及c)EDX分析圖。

    結(jié)論
    采用動(dòng)態(tài)溶膠-凝膠旋涂法成功制備了鈰摻雜氧化鎳薄膜。XRD峰強(qiáng)度隨著Ce的加入而降低，NiO的特征峰向較低的2θ值移動(dòng)。Ce的加入影響了材料的結(jié)構(gòu)性能，晶格參數(shù)隨著Ce含量的增加而增加。薄膜由堆疊的納米尺寸顆粒組成，并且顆粒尺寸隨著Ce比率的增加而增加。隨著Ce摻雜比例的增加，表面變得更粗糙。結(jié)果表明，Ce摻雜可以制備出不同性能和參數(shù)的NiO薄膜。據(jù)認(rèn)為，所生產(chǎn)的Ce摻雜的NiO薄膜可用于光電應(yīng)用。

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