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體材料,逐漸成為紫外半導體激光發(fā)射材料的研究熱點。ZnO的激子結合能(60 meV)及光增益系數(300cm-1)比氮化鎵(20meV,100cm-1)的高,并且納米級ZnO具有優(yōu)異的電、磁、光、力學和化學等宏觀效應,使其光活性和光催化效率更高,對新產品的研發(fā)起到積極的推動作用。研究發(fā)現,規(guī)則的ZnO納米陣列具有激光發(fā)射現象,并且一維ZnO陣列納米材料具有獨特的光學、電學和聲學等性質而使其在太陽能電池、表面聲

2、波和壓電材料等方面均具有良好的應用前景。
　　 本論文采用連續(xù)離子吸附與反應法(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,以及納米棒陣列結構。研究了前軀體溶液濃度、反應時間、旋涂種子層等實驗條件對產物形貌的影響以及所得氧化鋅納米結構的發(fā)光性能,并提出了氧化鋅納米棒陣列的生長機理。
　　 主要實驗結果如下:
　　 (1)采用連續(xù)離子吸附與反應法,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,顆粒尺寸達到納米級;氧化鋅薄膜具有(002)晶面擇優(yōu)生長的趨勢;在波長380nm附近存在極強的本征發(fā)光峰,可見光區(qū)域的發(fā)光峰微弱,說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構,形貌完整,發(fā)光性能良好。當低溫水熱生長2.5h時,所得樣品呈針狀微米花結構;當低

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

5、O。NaOH和ZnCl2體積比為1:1時,樣品形貌為內寬外窄、向外生長的錐形結構;當NaOH和ZnCl2體積比改為2:1時,樣品形貌更接近密集堆積的結晶更接近于四方的棒狀結構。
　　 (4)結合之前研究工作,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基元,在ITO導電玻璃上低溫水熱生長氧化鋅納米結構。通過SEM和XRD對樣品進行了表征,并對其光學特性和生長機理做了深入研究。研究發(fā)現,氧化鋅晶體呈棒