氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的制備和光電性能研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是一種直接寬帶隙半導體材料，其室溫禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能為60meV，遠高于其它半導體材料。ZnO是目前所有材料中納米結(jié)構(gòu)最為豐富的材料，現(xiàn)己成功生長了如納米線、納米帶、納米管、納米環(huán)等納米結(jié)構(gòu)。ZnO的納米結(jié)構(gòu)在制備納米光電子器件和納米電子器件方面有很好的應(yīng)用價值，可以在場發(fā)射、太陽能電池、醫(yī)療、生物傳感、氣敏材料等領(lǐng)域得到應(yīng)用。本文采用熱蒸發(fā)法和低溫水溶液法制備了不同形貌的ZnO納米結(jié)構(gòu)，并研究了光電性能

2、，為研究場發(fā)射顯示器件和太陽能電池做了基礎(chǔ)準備工作，可得主要結(jié)論如下：
　　 (1)采用熱蒸發(fā)法，在不使用任何載氣的情況下，通過熱解鋅粉和活性炭的混合物在600～1000℃的條件下制備了ZnO納米圖釘，納米塊，納米線，納米棒，多針狀，四針狀等多種納米結(jié)構(gòu)。研究了溫度、熱源與襯底間距、冷卻時間、升溫速率等因素對生長ZnO納米結(jié)構(gòu)的影響，初步實現(xiàn)了對ZnO納米結(jié)構(gòu)的可控制備。
　　 (2)實驗中活性炭對ZnO納米結(jié)構(gòu)的生長起

3、到了重要的作用，活性炭較鋅粉更容易與氧氣反應(yīng)生成CO/CO2，阻止了鋅源表面形成致密的ZnO層，同時CO/C02氣體也起到了載氣作用。EDX能譜表明產(chǎn)物中沒有碳元素，所以該方法并不存在去除催化劑的問題。研究了ZnO納米結(jié)構(gòu)的生長過程，遵循自催化的氣液固生長機制。
　　 (3)采用熱蒸發(fā)法在700℃制備了四針狀ZnO納米結(jié)構(gòu)。SEM圖表明四針狀ZnO具有很細的尖端，直徑為50nm。研究了帶有尖端的四針狀ZnO的生長機理，推測有兩個

4、生長階段。XRD、Raman圖譜的特征峰表明四針狀ZnO是高純的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)。PL譜在510nm附近出現(xiàn)了強的綠光發(fā)射峰，表明實驗制備的四腳針狀ZnO具有很好的綠光發(fā)光性質(zhì)。
　　 (4)探索用低溫水溶液法合成一維的ZnO納米結(jié)構(gòu)，這種方法原理上與水熱法相似，但反應(yīng)溫度較水熱法更低，并且不需要高壓釜，在敞口的溶液體系中進行，避免了高壓條件，比水熱法更安全。探討了該方法生長ZnO的生長機理，研究了溫度、反應(yīng)時間等因素對合成ZnO

5、納米結(jié)構(gòu)的影響，研究結(jié)果表明，隨著溫度的升高，納米棒的長徑比越來越大；隨著反應(yīng)時間的增長，納米結(jié)構(gòu)出現(xiàn)觸須狀的奇特形貌。
　　 (5)在溫度為90℃、時間為6h、pH值為10.5的條件下制備了ZnO納米棒，掃描電鏡結(jié)果顯示ZnO納米棒的平均直徑100nm，長度大約為5μm，有較大的長徑比。XRD圖譜顯示該ZnO納米棒是有品格常數(shù)a0=0.327nm，C0=0.521nm的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，PL潛顯示在波長為423nm附近出現(xiàn)了一個