取向生長和液相Ga摻雜的ZnO納米棒陣列的制備、表征及性能.pdf

1、近年來，ZnO納米棒因其獨特的光電性能及其在紫外光電子器件、氣體及生物傳感器和太陽能電池等方面的潛在應(yīng)用價值而受到人們的廣泛關(guān)注，其中關(guān)于納米棒陣列的可控合成和p-型摻雜是其走向器件應(yīng)用的關(guān)鍵和難點。本文采用改進的兩步溶液化學(xué)法制備ZnO納米棒陣列，著重研究了第一步溶液化學(xué)法所制備的ZnO納米顆粒種子膜的微結(jié)構(gòu)對第二步所生長的ZnO納米棒的尺寸大小及取向結(jié)構(gòu)的影響，通過優(yōu)化ZnO納米顆粒種子膜的熱處理工藝，分別獲得了不同納米棒直徑和陣列

2、結(jié)構(gòu)以及具有a軸和c軸擇優(yōu)取向生長的ZnO納米棒陣列。 接觸角測量顯示，ZnO納米棒陣列的浸潤性與納米棒的直徑和陣列微結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，隨著ZnO納米棒尺寸的增加，其與水的接觸角變大，親水性減小；而當(dāng)ZnO納米棒由平直、排列整齊的陣列結(jié)構(gòu)變成無序、彎曲結(jié)構(gòu)時，與水的接觸角減小，對水的浸潤性增強。對于a軸和c軸取向生長的ZnO納米棒而言，a軸取向的ZnO納米棒陣列傾向于親水性，而c軸取向生長的ZnO納米棒陣列則呈現(xiàn)疏水性，表明a軸和c

3、軸取向的ZnO納米棒可能有不同的表面自由能。水接觸角依賴于ZnO納米棒的尺寸和取向結(jié)構(gòu)的習(xí)性為調(diào)控ZnO納米材料的浸潤性提供了可能，同時也為ZnO納米材料的一些與浸潤性相關(guān)的性能(如光催化、自清潔、抗菌及氣敏和濕敏等)的優(yōu)化提供理論和實驗依據(jù)。光吸收和光致發(fā)光測量表明，a軸取向生長的ZnO納米棒的光吸收邊較c軸取向的納米棒有明顯的紅移，其發(fā)光強度較c軸取向的明顯減弱，暗示a軸和c軸取向的ZnO納米棒可能具有不同的能帶結(jié)構(gòu)。 本論

4、文還在兩步化學(xué)法制備ZnO納米棒的基礎(chǔ)上，初步探索出了在ZnO納米棒中進行液相摻雜Ga的方法，該方法利用Zn、Ga氧化物共結(jié)晶的原理，將Ga3+摻入到ZnO納米棒的晶格中，然后在NH3氣氛中熱處理實現(xiàn)Ga-N共摻雜，以期獲得p-型摻雜ZnO納米棒陣列。光吸收研究發(fā)現(xiàn)，摻雜ZnO納米棒的吸收光譜在大約361nm處出現(xiàn)了一個很尖銳的吸收峰，初步判斷是Ga-N共摻雜的吸收峰，表明了通過溫和的液相方法對ZnO納米材料進行p-型摻雜是非常有可能的