ZnO納米材料的水熱-溶劑熱合成與物性研究.pdf

1、ZnO是具有高激子束縛能(60 meV)的寬帶隙(3.37 eV)半導體材料。由于其獨特的半導體及壓熱電性質,ZnO特別是ZnO納米材料在紫外發(fā)射器件、場發(fā)射器件、納米發(fā)電機、太陽能電池等光電器件領域具有獨特的基礎研究與應用價值。本文選題立足于尺寸、形貌及表面性質可控的ZnO納米材料的化學制備,著重研究了ZnO納米材料光致發(fā)光和表面親疏水性質等對材料尺寸、形貌、表面SiO2鈍化處理、表面光化學反應等的依賴性,獲得了具有一定價值與原創(chuàng)性的

2、研究結果。具體研究內容如下:
　　 利用1,6-己二胺(HMDA)輔助的水熱方法制備了橢球體、針狀以及多枝的花狀結構的均一的ZnO納米粒子,對HMDA調控粒子形貌機理進行深入分析,并詳細研究了ZnO粒子形貌依賴的光致發(fā)光性質。結果表明,HMDA／Zn摩爾比是ZnO粒子形貌控制的關鍵因素。在高HMDA／Zn摩爾比下生成的多枝的花狀結構粒子與其它兩種形貌的粒子相比顯示出最強的近帶邊的紫外發(fā)射和最大的紫外與可見的發(fā)光強度比值。這可以由

3、HMDA對ZnO粒子生長速率的調控獲得合理解釋。研究表明,可通過對溶液化學參數(shù)的合理調控制備具有良好紫外發(fā)射性質的ZnO納米材料。
　　 利用溶劑熱方法制備了均一的單分散的ZnO多孔微納米球,對溶劑熱下ZnO微球的形成機理進行了深入分析,并研究了ZnO表面有機物鈍化依賴的光致發(fā)光性質。結果表明,高粘度、高螯合能力的乙二醇溶劑是導致ZnO納米晶各向同性自組裝生長的關鍵因素。ZnO微球顯示了較弱的表面缺陷相關的可見發(fā)光強度,這可由乙

4、二醇等有機物質對ZnO表面缺陷的有效鈍化來合理解釋。研究表明,通過對ZnO表面的鈍化處理,可實現(xiàn)對ZnO納米材料可見光發(fā)射的有效控制。
　　 利用水熱和仿生的聚電解質層層沉積技術在玻璃襯底表面制備了ZnO@Si02核殼納米線陣列,對層層沉積制備SiO2殼層的調控生長進行了細致分析,并深入研究了核殼納米線表面與界面相關的光致發(fā)光性質。結果表明,SiO2殼層厚度可通過簡單調節(jié)層層沉積循環(huán)次數(shù)來理性的調控。與ZnO納米線相比,ZnO@

5、SiO2核殼納米線陣列顯示了明顯增強的紫外發(fā)光特性和紫外發(fā)光積分強度隨激發(fā)溫度升高先降低、后增強、再降低的變化趨勢,這可由SiO2殼層的加入對納米線表面和界面缺陷的影響獲得合理解釋。研究表明,仿生的層層沉積技術是在高曲率ZnO納米線表面制備SiO2殼層的有效方法,且通過表面SiO2鈍化處理可得到增強紫外發(fā)射性質的.ZnO納米復合材料。
　　 對ZnO@SiO2納米線陣列膜進行疏水修飾,對其表面潤濕性能進行研究。結果表明,在長時間