Published May 27, 2023 | Version v1
Publication Open

Tuning of the band gap and dielectric loss factor by Mn doping of Zn1-xMnxO nanoparticles

Creators

  • 1. International Islamic University, Islamabad
  • 2. Future University in Egypt
  • 3. Institute of Space Technology
  • 4. Khwaja Fareed University of Engineering and Information Technology
  • 5. University of Lusaka

Description

Abstract This study explored the structural, optical, and dielectric properties of Pure and Mn +2 doped ZnO nano-particles (Zn 1−x Mn x O) with x ≥ 20%, synthesized by co-precipitation method followed by annealing at 450 0 C. Different characterization techniques were conducted to characterize the as-prepared nano-particles. X-ray Diffraction analysis of the pure and Mn +2 doped presented a hexagonal wurtzite structure and a decreased crystallite size with increasing doping concentration. Morphological analysis from SEM revealed finely dispersed spherical nanoparticles with particle size of 40–50 nm. Compositional analysis from EDX confirmed the incorporation of Mn +2 ions in ZnO structure. The Results of UV spectroscopy showed that changing the doping concentration affects the band gap, and a red shift is observed as the doping concentration is increased. The band gap changes from 3.3 to 2.75 eV. Dielectric measurements exhibited decrease in the relative permittivity, dielectric loss factor and ac conductivity by increasing Mn concentration.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

استكشفت هذه الدراسة الخصائص البنيوية والبصرية والعازلة لجزيئات ZnO النانوية النقية و Mn +2 (Zn 1−x Mn x O) مع x ≥ 20 ٪، تم توليفها بطريقة الترسيب المشترك متبوعة بالتلدين عند 450 0 C. تم إجراء تقنيات توصيف مختلفة لتوصيف جزيئات النانو المحضرة. قدم تحليل حيود الأشعة السينية للنقي والمنشطات Mn +2 بنية wurtzite سداسية وحجم بلوري منخفض مع زيادة تركيز المنشطات. كشف التحليل المورفولوجي من SEM عن جسيمات نانوية كروية منتشرة بدقة بحجم جسيم 40–50 نانومتر. أكد التحليل التركيبي من EDX دمج أيونات Mn +2 في بنية ZnO. أظهرت نتائج التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية أن تغيير تركيز المنشطات يؤثر على فجوة النطاق، ويلاحظ تحول أحمر مع زيادة تركيز المنشطات. تتغير فجوة النطاق من 3.3 إلى 2.75 فولت. أظهرت القياسات العازلة انخفاضًا في السماحية النسبية وعامل فقدان العزل الكهربائي وموصلية التيار المتردد عن طريق زيادة تركيز المنغنيز.

Translated Description (French)

Résumé Cette étude a exploré les propriétés structurales, optiques et diélectriques de nanoparticules de ZnO (Zn 1−x Mn x O) dopées Pure et Mn +2 avec x ≥ 20%, synthétisées par une méthode de coprécipitation suivie d'un recuit à 450 0 C. Différentes techniques de caractérisation ont été menées pour caractériser les nanoparticules telles que préparées. L'analyse par diffraction des rayons X du dopé pur et Mn +2 a présenté une structure de wurtzite hexagonale et une taille de cristallite diminuée avec une concentration de dopage croissante. L'analyse morphologique à partir de MEB a révélé des nanoparticules sphériques finement dispersées avec une taille de particule de 40–50 nm. L'analyse compositionnelle de l'EDX a confirmé l'incorporation d'ions Mn +2 dans la structure de ZnO. Les résultats de la spectroscopie UV ont montré que la modification de la concentration de dopage affecte la bande interdite, et un décalage vers le rouge est observé à mesure que la concentration de dopage augmente. La bande interdite passe de 3,3 à 2,75 eV. Les mesures diélectriques ont montré une diminution de la permittivité relative, du facteur de perte diélectrique et de la conductivité ac en augmentant la concentration de Mn.

Translated Description (Spanish)

Resumen Este estudio exploró las propiedades estructurales, ópticas y dieléctricas de las nanopartículas de ZnO puras y dopadas con Mn +2 (Zn 1- x Mn x O) con x ≥ 20%, sintetizadas por el método de coprecipitación seguido de recocido a 450 0 C. Se realizaron diferentes técnicas de caracterización para caracterizar las nanopartículas tal como se prepararon. El análisis de difracción de rayos X del puro y dopado con Mn +2 presentó una estructura de wurtzita hexagonal y un tamaño de cristalito disminuido con el aumento de la concentración de dopaje. El análisis morfológico de SEM reveló nanopartículas esféricas finamente dispersas con un tamaño de partícula de 40–50 nm. El análisis de composición de edX confirmó la incorporación de iones Mn +2 en la estructura de ZnO. Los resultados de la espectroscopía UV mostraron que cambiar la concentración de dopaje afecta la banda prohibida, y se observa un desplazamiento hacia el rojo a medida que aumenta la concentración de dopaje. La banda prohibida cambia de 3,3 a 2,75 eV. Las mediciones dieléctricas mostraron una disminución en la permitividad relativa, el factor de pérdida dieléctrica y la conductividad de CA al aumentar la concentración de Mn.

Files

s41598-023-35456-2.pdf.pdf

Files (1.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:4e36581662cf00fae41e8ea016e64124
1.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
ضبط فجوة النطاق وعامل فقدان العزل الكهربائي عن طريق إشابة المنغنيز من الجسيمات النانوية Zn1 - xMnxO
Translated title (French)
Réglage de la bande interdite et du facteur de perte diélectrique par dopage au Mn des nanoparticules de Zn1-xMnxO
Translated title (Spanish)
Ajuste de la banda prohibida y el factor de pérdida dieléctrica por dopaje de Mn de nanopartículas de Zn1-xMnxO

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4378573719
DOI
10.1038/s41598-023-35456-2

Is supplement to
https://openalex.org/W3140321863 (Other)
https://openalex.org/W3139552065 (Other)
https://openalex.org/W3125946182 (Other)
https://openalex.org/W3001313400 (Other)
https://openalex.org/W2789379454 (Other)
https://openalex.org/W2742691014 (Other)
https://openalex.org/W2617514895 (Other)
https://openalex.org/W2565730635 (Other)
https://openalex.org/W2306055044 (Other)
https://openalex.org/W2077973134 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1715004761
  • https://openalex.org/W1965569322
  • https://openalex.org/W1984108650
  • https://openalex.org/W1985606099
  • https://openalex.org/W1988589659
  • https://openalex.org/W1995984135
  • https://openalex.org/W2046435599
  • https://openalex.org/W2080236898
  • https://openalex.org/W2088320937
  • https://openalex.org/W2103572269
  • https://openalex.org/W2120105133
  • https://openalex.org/W2132872911
  • https://openalex.org/W2160702494
  • https://openalex.org/W2204578249
  • https://openalex.org/W2515194187
  • https://openalex.org/W2736382148
  • https://openalex.org/W2963562847
  • https://openalex.org/W2978260225
  • https://openalex.org/W2981281828