一維氧化鋅納米材料的制備及其光學(xué)性能研究.pdf

1、納米材料是材料科學(xué)與納米科技的交叉部分，也是納米科技中最基礎(chǔ)、最活躍的組成部分，對(duì)未來(lái)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著重要影響。由于其明顯不同于體材料和單個(gè)分子的獨(dú)特性質(zhì)，例如小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)等，納米材料在電子、太陽(yáng)能、陶瓷、生物和醫(yī)療等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。隨著人們對(duì)納米材料所具有的特殊性質(zhì)的不斷認(rèn)識(shí)和對(duì)納米材料應(yīng)用方面的廣泛研究，納米材料與納米結(jié)構(gòu)的制備方面的研究也日趨深入。20世紀(jì)80年代以來(lái)，零維（0D）納米材料的合成與制

2、備已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但一維（1D）、準(zhǔn)一維（quasi-1D）及二維（2D）納米材料及其相關(guān)結(jié)構(gòu)的制備和研究仍面臨著巨大挑戰(zhàn)。由于具有特殊的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)和機(jī)械性能，此類低維納米材料將是納米材料在微電子和納電子方面獲得應(yīng)用的關(guān)鍵，在今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)將成為納米材料研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。 氧化鋅是一種新型的Ⅱ-Ⅵ族直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，納米氧化鋅具有納米材料和優(yōu)異半導(dǎo)體材料兩方面的獨(dú)特性質(zhì)，在液晶顯示器、太陽(yáng)能電池、保護(hù)性涂層、

3、氣敏元件、固體照明光源和紫外發(fā)光器件等領(lǐng)域表現(xiàn)出潛在應(yīng)用前景。最近幾十年來(lái)，關(guān)于ZnO納米材料制備方面的研究取得了巨大的進(jìn)步，但仍有很多問(wèn)題需要解決。目前，有效的控制ZnO納米材料的形貌和微結(jié)構(gòu)并對(duì)其光學(xué)性能進(jìn)行探討是很多研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)。 本文選擇ZnO納米體系為研究對(duì)象，側(cè)重于納米ZnO的制備以及光學(xué)性能的研究。通過(guò)靜電紡絲法和氣相沉積法制備出一維ZnO納米材料，并借助于X-射線粉末衍射、透射電鏡/高分辨透射電鏡、掃描電鏡

4、，電子探針顯微鏡、X-射線能譜儀等手段研究了納米產(chǎn)物的物相組成和微結(jié)構(gòu)；借助X-射線電子能譜、傅立葉變換紅外光譜、光致發(fā)光光譜等手段表征和探討了ZnO納米材料的光學(xué)性能。本論文主要研究?jī)?nèi)容歸結(jié)如下： 1．采用靜電紡絲法與溶膠-凝膠法相結(jié)合的方法，以PVA和Zn（Ac）2·2H2O為主要原料，制備出ZnO納米纖維，并對(duì)所得ZnO納米纖維進(jìn)行表征和光學(xué)性能的初步探討。結(jié)果表明，所得樣品為六角纖鋅礦型ZnO納米材料，室溫PL光譜顯示所

5、得樣品在416nm（2．98eV）附近有一強(qiáng)的紫光峰，在459nm（2．70eV）附近有一強(qiáng)的藍(lán)光峰，在位于530nm（2．34eV）附近存在較弱的綠光峰。 2．選擇了最典型的n型摻雜元素Al，以PVA和Zn（AC）2為主要原料，Al（NO3）3·9H2O為摻雜劑，經(jīng)靜電紡絲獲得四組不同摻雜濃度的ZnO納米纖維，對(duì)其進(jìn)行表征和性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所得最終樣品為六角纖鋅礦型ZnO，且Al3+的摻入對(duì)ZnO納米纖維的形貌和微結(jié)構(gòu)

6、有很大的影響。不同Al摻雜濃度的ZnO：Al纖維的PL圖譜在均出現(xiàn)了強(qiáng)的紫光峰和藍(lán)光峰，以及弱的綠光峰。 3．采用CVD方法，通過(guò)熱蒸發(fā)摩爾比為1：1．5的ZnO和C粉的混合粉體，在不同的實(shí)驗(yàn)條件下，在Si片上制備了ZnO納米線陣列。對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征和性能測(cè)試，研究并探討了不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)ZnO納米線形貌和生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，提高升溫速率、縮短保溫時(shí)間均可使所得ZnO納米線的直徑變小、納米線表面變光滑、質(zhì)量變高，而Si片