ZnO納米結(jié)構(gòu)及其復(fù)合材料光電性質(zhì)的第一性原理研究.pdf

1、ZnO納米結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的復(fù)合材料，由于具有特殊的光、電、磁以及化學(xué)性質(zhì)，在太陽能電池、液晶顯示器、氣體傳感器、紫外半導(dǎo)體激光器以及透明導(dǎo)電薄膜等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。六角碟狀的ZnO納米結(jié)構(gòu)，由于尺寸可調(diào)，高度對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，成為了納米材料的理想結(jié)構(gòu)單元，廣泛應(yīng)用于在回音壁模激光器，信息儲(chǔ)備，轉(zhuǎn)換器，光發(fā)射，催化劑，傳感器等方面。而ZnO和Ag構(gòu)成的復(fù)合材料，由于ZnO和Ag界面電子的相互作用，能增強(qiáng)表面電磁場(chǎng)，是非常好的表面拉曼增強(qiáng)的襯

2、底。半導(dǎo)體-分子-金屬構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu)，其中的電子傳輸作用使得分子的拉曼光譜得到增強(qiáng)。本論文的開展結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的工作進(jìn)展及成果，基于Materials Studio5.0軟件平臺(tái)，應(yīng)用密度泛函理論開展相關(guān)的理論模擬工作。本論文的研究?jī)?nèi)容和結(jié)果概括為以下三部分：
　　1、本文利用第一性原理方法，模擬了ZnO納米碟在不同鈍化情況下的晶體結(jié)構(gòu)。采用氫元素鈍化，比較不同鈍化率情況下的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)完全鈍化的ZnO納米碟保持穩(wěn)定的纖鋅礦結(jié)構(gòu)

3、。分析了納米碟的電學(xué)性質(zhì)隨尺寸的變化，由于量子限域效應(yīng)，納米碟的帶隙隨著尺寸的增大而減小。最后對(duì)光譜學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了全面的分析，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。光譜的分布和形狀與實(shí)驗(yàn)基本吻合，在3700 cm-1附近的特征峰與實(shí)驗(yàn)一致，對(duì)應(yīng)于羥基的伸縮振動(dòng)。
　　2、研究了ZnO-Ag復(fù)合材料的電子轉(zhuǎn)移特性及電子云分布情況。分析了不同電場(chǎng)作用下的電學(xué)性質(zhì)以及電子轉(zhuǎn)移特性，并且分析這些特性對(duì)局域表面等離子增強(qiáng)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)ZnO-Ag復(fù)合材料

4、，具有明顯的電子轉(zhuǎn)移的性質(zhì)，并且電子轉(zhuǎn)移量隨著電場(chǎng)的變化而同步變化，從而使得局域電場(chǎng)增強(qiáng)，給實(shí)驗(yàn)提供了很好的SERS結(jié)構(gòu)模型。
　　3、研究了ZnO-PATP-Ag復(fù)合材料紅外振動(dòng)增強(qiáng)以及整流特性。通過改變不同的修飾材料，來探索電荷轉(zhuǎn)移對(duì)PATP分子紅外增強(qiáng)的影響。對(duì)于不同的修飾結(jié)構(gòu)，均外加一系列電場(chǎng)，研究電子轉(zhuǎn)移和分布的情況，驗(yàn)證了這種結(jié)構(gòu)的整流特性，發(fā)現(xiàn)三明治結(jié)構(gòu)的ZnO-PATP-Ag具有良好的整流特性。最后，從實(shí)驗(yàn)角度制備