強(qiáng)發(fā)光納米ZnO的模板法制備及燒結(jié)工藝研究.pdf

1、近年來，寬禁帶半導(dǎo)體在實(shí)現(xiàn)短波長光學(xué)器件和短波長激光發(fā)射上受到人們的普遍關(guān)注。作為候選材料之一的ZnO為纖鋅礦六方結(jié)構(gòu)直接帶隙半導(dǎo)體，室溫下禁帶寬度為3．37eV，激子結(jié)合能為60meV，室溫下不易被熱激發(fā)，具備了室溫下發(fā)射短波長光的必要條件。不僅如此，ZnO還具有較高的導(dǎo)電性能，且化學(xué)穩(wěn)定性好，材料來源豐富，價(jià)格低廉。這些特點(diǎn)使得ZnO成為一種優(yōu)良的制備光電子器件的材料。 目前對(duì)ZnO電致發(fā)光的研究也取得了一些突破性的成果，但

2、是這些研究大多是基于摻雜技術(shù)獲得ZnO的p-n結(jié)來實(shí)現(xiàn)ZnO薄膜材料的電致發(fā)光。而對(duì)于制備方法較簡單的ZnO納米粉體材料的電致發(fā)光行為研究卻鮮見報(bào)導(dǎo)。本文在前期工作的基礎(chǔ)上，對(duì)原材料配比和工藝路線進(jìn)行了改進(jìn)，系統(tǒng)研究了直流電場下ZnO粉末的電致發(fā)光特性以及前驅(qū)體材料的介孔結(jié)構(gòu)對(duì)于ZnO粉末電致發(fā)光強(qiáng)度的影響，獲得了一些有意義的結(jié)果。 在多孔ZnO粉末的制備及其電致發(fā)光性能研究中，主要對(duì)sol-gel法制備ZnO納米粉末的工藝作了

3、改進(jìn)，并將ODA和F-127作為模板劑引入到多孔材料的制備中，最后研究了材料的電致發(fā)光性能。結(jié)論如下： 1．通過正交實(shí)驗(yàn)對(duì)原有工藝進(jìn)行改進(jìn)，得到了ZnO粉末前驅(qū)體最佳制備條件：即在鋅離子與氫氧化鋰摩爾比為1：1.4；氫氧化鋰控制在2-3小時(shí)滴加完畢，體系繼續(xù)在冰浴攪拌下(小于4℃)反應(yīng)4-6小時(shí)，使其充分反應(yīng)；再經(jīng)真空干燥處理。 2．討論不同模板劑和用量制備得到的ZnO對(duì)電致發(fā)光強(qiáng)度的影響；與未經(jīng)模板劑處理得的純ZnO晶

4、體粉末的發(fā)光性質(zhì)相比，在各模板劑的最佳用量(ODA0.516mmol和F-1270.15mm01)下，F(xiàn)-127作用的樣品的綠光的發(fā)光強(qiáng)度提高較大，發(fā)光峰值提高了5.6倍、總發(fā)光能量提高5.8倍；ODA的作用較小，使峰值提高了2.8倍、發(fā)光能量提高了2.6倍。 3．通過對(duì)ZnO的前驅(qū)體的煅燒，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)工藝是影響納米ZnO粉末的電致發(fā)光性能重要的原因之一，并得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：①以O(shè)DA為模板劑的ZnO凝膠經(jīng)過燒結(jié)過程，發(fā)現(xiàn)不同燒結(jié)

5、條件下ZnO樣品的電致發(fā)光譜中呈現(xiàn)綠光輻射峰和紅光輻射峰；并且隨著燒結(jié)條件的變化，紅光和綠光峰值分別顯著增大。②對(duì)F-127為模板劑的ZnO制備工藝進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)所的樣品進(jìn)行電致發(fā)光性能測試，在不同反應(yīng)條件下所得ZnO粉末呈現(xiàn)出綠光和橙光不同的輻射，并且峰值隨電壓增加而明顯增高。 4．綠光、紅光及橙光的發(fā)光機(jī)理都與樣品中的氧缺陷的數(shù)量密不可分的。通過不同方式的退火及相應(yīng)粉末的電致發(fā)光測試，證實(shí)了ZnO綠色光輻射來自與氧空位形成的施