不同形貌的ZnO納米材料的制備與表征.pdf

1、ZnO納米材料作為新一代半導(dǎo)體材料,逐漸成為紫外半導(dǎo)體激光發(fā)射材料的研究熱點(diǎn)。ZnO的激子結(jié)合能(60 meV)及光增益系數(shù)(300cm-1)比氮化鎵(20meV,100cm-1)的高,并且納米級(jí)ZnO具有優(yōu)異的電、磁、光、力學(xué)和化學(xué)等宏觀效應(yīng),使其光活性和光催化效率更高,對(duì)新產(chǎn)品的研發(fā)起到積極的推動(dòng)作用。研究發(fā)現(xiàn),規(guī)則的ZnO納米陣列具有激光發(fā)射現(xiàn)象,并且一維ZnO陣列納米材料具有獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)和聲學(xué)等性質(zhì)而使其在太陽(yáng)能電池、表面聲

2、波和壓電材料等方面均具有良好的應(yīng)用前景。
　　 本論文采用連續(xù)離子吸附與反應(yīng)法(SILAR)、水熱法和微波法,在襯底上制備出了氧化鋅薄膜,微米花、微米球,以及納米棒陣列結(jié)構(gòu)。研究了前軀體溶液濃度、反應(yīng)時(shí)間、旋涂種子層等實(shí)驗(yàn)條件對(duì)產(chǎn)物形貌的影響以及所得氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的發(fā)光性能,并提出了氧化鋅納米棒陣列的生長(zhǎng)機(jī)理。
　　 主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:
　　 (1)采用連續(xù)離子吸附與反應(yīng)法,在硅襯底上制備出了致密的氧化鋅納米顆粒

3、薄膜。薄膜致密均勻,顆粒尺寸達(dá)到納米級(jí);氧化鋅薄膜具有(002)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的趨勢(shì);在波長(zhǎng)380nm附近存在極強(qiáng)的本征發(fā)光峰,可見(jiàn)光區(qū)域的發(fā)光峰微弱,說(shuō)明所制備的氧化鋅納米薄膜中氧空位、鋅間隙等引起的缺陷能級(jí)少。
　　 (2)采用低溫水熱法在硅襯底上制備出了氧化鋅微米花、微米球。SEM、XRD和PL等表征表明,氧化鋅微米花和微米球均屬六方纖鋅礦結(jié)構(gòu),形貌完整,發(fā)光性能良好。當(dāng)?shù)蜏厮疅嵘L(zhǎng)2.5h時(shí),所得樣品呈針狀微米花結(jié)構(gòu);當(dāng)?shù)?/p>

4、溫:水熱生長(zhǎng)12h后,樣品為氧化鋅微米球。說(shuō)明隨著生長(zhǎng)時(shí)間的增加,微:米花發(fā)生團(tuán)聚,最終得到氧化鋅微米球狀結(jié)構(gòu)。
　　 (3)采用微波法制備出了氧化鋅花狀結(jié)構(gòu),并考察了微波照射時(shí)間和NaOH與ZnCl2體積比對(duì)樣品的影響。SEM和XRD表征表明,樣品結(jié)晶良好,屬六方晶系氧化鋅。微波輻射1min時(shí),樣品具有不太明顯的花狀結(jié)構(gòu);反應(yīng)時(shí)間為3min時(shí),可以清晰的看到納米氧化鋅的花狀結(jié)構(gòu);反應(yīng)時(shí)間為5min時(shí),在這一條件下得不到花狀Zn

5、O。NaOH和ZnCl2體積比為1:1時(shí),樣品形貌為內(nèi)寬外窄、向外生長(zhǎng)的錐形結(jié)構(gòu);當(dāng)NaOH和ZnCl2體積比改為2:1時(shí),樣品形貌更接近密集堆積的結(jié)晶更接近于四方的棒狀結(jié)構(gòu)。
　　 (4)結(jié)合之前研究工作,采用低溫水熱法制備出了高度取向的氧化鋅納米棒陣列。引入氧化鋅種子層作為生長(zhǎng)基元,在ITO導(dǎo)電玻璃上低溫水熱生長(zhǎng)氧化鋅納米結(jié)構(gòu)。通過(guò)SEM和XRD對(duì)樣品進(jìn)行了表征,并對(duì)其光學(xué)特性和生長(zhǎng)機(jī)理做了深入研究。研究發(fā)現(xiàn),氧化鋅晶體呈棒