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Estimation of accurate size, lattice strain using Williamson-Hall models, SSP and TEM of Al doped ZnO nanocrystals

Estimation de la taille exacte, déformation du réseau à l’aide de modèles Williamson-Hall, SSP et TEM de nanocristaux de ZnO dopés à l’Al

¹ Department of Electronic Science, Modern College of Arts, Science and Commerce, Shivajinagar, Pune 411005 (M.S.), India
² Department of Physics, DDSP Arts, Commerce and Science College, Erandol-425109 Dist. Jalgaon (M.S.), India
³ Advanced Materials Research Laboratory, Department of Physics, Babasaheb Ambedkar Marathwada University, Aurangabad 431004 (M.S.), India

^* e-mail: milindbodke@gmail.com

Received: 12 September 2018
Accepted: 3 October 2018

Abstract

Hexagonal structure of pure and Al doped ZnO nanocrystals were synthesized by co-precipitation technique. The average crystallite size determined from XRD data using Debye Sherrer’s formula was found to be 16.8 nm for pure 19.3 nm for 4% Al Doped ZnO. High-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) showed single-crystal ZnO nanocrystals with nearly spherical shapes. The W-H analysis and size-strain plot were used to study the individual contributions of crystallite sizes and lattice strain “ε” on the peak broadening of pure and Al doped ZnO nanocrystals. The physical parameters namely strain, stress and anisotropic energy density were calculated considering uniform deformation model (UDM), uniform stress deformation model (USDM) and uniform deformation energy density model (UDEDM) of modified form of W-H analysis. Texture coefficient was estimated using XRD data. The average crystallite size of pure and Al doped ZnO samples estimated from W-H model. It is also revealed from the TEM the diameters of as synthesized samples are in good agreement with the W-H model analysis.

Résumé

La structure hexagonale des nanocristaux de ZnO purs et dopés à l’Al a été synthétisée par une technique de co-précipitation. La taille moyenne des cristallites déterminée à partir des données XRD, en utilisant la formule de Debye Sherrer, s’est avérée être de 16,8 nm pour 19,3 nm pur pour 4 % de ZnO dopé Al. La microscopie électronique à transmission à haute résolution (HR-TEM) a montré des nanocristaux de ZnO monocristallins avec des formes presque sphériques. L’analyse W-H et la courbe taille-déformation ont été utilisées pour étudier les contributions individuelles des tailles de cristallites et de la souche de réseau “E” sur l’élargissement maximal des nanocristaux de ZnO purs et dopés à Al. Les paramètres physiques, à savoir la déformation, la contrainte et la densité d’énergie anisotrope, ont été calculés en tenant compte du modèle de déformation uniforme, du modèle de déformation sous contrainte uniforme et du modèle UDEDM. Le coefficient de texture a été estimé à l’aide de données XRD. La taille moyenne des cristallites d’échantillons de ZnO purs et dopés à l’Al a été estimée à partir du modèle W-H. Il ressort également du TEM que les diamètres des échantillons synthétisés concordent bien avec l’analyse du modèle W-H.