半導(dǎo)體納米微米材料的形貌控制和發(fā)光性能研究.pdf

1、由于具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)等性能，半導(dǎo)體納米微米材料受到越來(lái)越多的關(guān)注。 人們希望通過(guò)對(duì)產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)、維度、尺寸和形貌的調(diào)控進(jìn)行有價(jià)值的研究?；诖耍x擇氧化鋅和氧化亞銅這兩種非常重要的半導(dǎo)體材料，通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱/溶劑熱方法，探索反應(yīng)物、表面活性劑、溶劑、溫度等對(duì)形貌的影響，分別制備了形貌新穎的“冰淇淋”蛋筒、孿生“冰淇淋”蛋筒、啞鈴狀和漢堡包狀氧化鋅微晶，合成了一端開(kāi)口的ZnO 孿生微管，三翅狀納米結(jié)構(gòu)的氧化鋅，空心微球氧

2、化亞銅及十八面體氧化亞銅。用X 射線衍射測(cè)定了樣品的晶相組成和結(jié)構(gòu)，通過(guò)掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）觀察材料形貌和粒子大小，并用高分辨透射電鏡（HRTEM）和選區(qū)電子衍射（SAED）進(jìn)一步確定樣品的結(jié)構(gòu)。初步探討了它們的形成機(jī)理，研究了它們的光學(xué)性能。 主要研究工作如下： 第一章簡(jiǎn)單介紹了納米材料和半導(dǎo)體納米材料，敘述了半導(dǎo)體納米材料的性質(zhì)、表征手段、制備方法及應(yīng)用。對(duì)半導(dǎo)體納米微米材料的合成現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，重

3、點(diǎn)介紹了水熱法在半導(dǎo)體納米微米材料的合成中的應(yīng)用。最后，對(duì)半導(dǎo)體納米微米材料的形貌控制和機(jī)理研究進(jìn)行了闡述。 第二章主要介紹了幾種形貌新穎的納米微米ZnO 晶體的合成、表征和可能的形成機(jī)理。利用簡(jiǎn)單的醇熱法，通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)物的濃度，控制合成了“冰淇淋”蛋筒、孿生“冰淇淋”蛋筒、啞鈴狀和漢堡包狀ZnO 微晶。在水-醇混合體系中加入十六烷基三甲基溴化銨（CTAB），合成了一端開(kāi)口的ZnO 孿生微管。從熒光光譜圖(PL) 可以看到，中心

4、在390nm 的紫外發(fā)光帶的峰形較窄，強(qiáng)度較強(qiáng)，而在可見(jiàn)區(qū)450nm-550nm 出現(xiàn)了較寬的吸收峰。從紫外可見(jiàn)(UV-Vis) 光譜圖可以看到樣品的吸收峰位置都在376nm，不同于塊體的激子吸收(373nm)。ZnO 微管的UV-Vis 光譜與其他三種ZnO 微晶不同，這與PL 結(jié)果是一致的。在稀氨水溶液中，制備了高產(chǎn)量、高度規(guī)則的ZnO 三翅狀納米結(jié)構(gòu)(TF-ZnO)，即三片對(duì)稱相交的“翅片”共用同一“脊骨”形成的ZnO 三翅狀納米

5、結(jié)構(gòu)，它們均勻定向排列在Zn 片上，自組裝成均勻的薄膜。每片翅由長(zhǎng)0.6-1.0μm，厚50-80nm 的納米帶狀片組成。從光致發(fā)光圖譜(PL) 可觀察到一條相對(duì)銳而強(qiáng)，集中在385nm 處的UV 發(fā)射峰，一條寬的可見(jiàn)發(fā)射峰在450nm 和700nm 之間?？梢?jiàn)光發(fā)射峰主要出現(xiàn)在大約540nm 和610nm 兩處。ZnO 三翅狀納米結(jié)構(gòu)光致發(fā)光特性與一維ZnO 納米結(jié)構(gòu)以及ZnO“四腳狀” 納米棒光致發(fā)光特性相似。得到的產(chǎn)物都為

6、六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，且結(jié)晶良好。對(duì)晶體的可能形成機(jī)理進(jìn)行了初步探討，并對(duì)不同形貌的ZnO 晶體的光學(xué)性能進(jìn)行了初步研究。 第三章主要介紹了氧化亞銅空心微球和十八面體的合成、表征和可能的形成機(jī)理。同樣利用簡(jiǎn)單的水熱法，并探討了添加劑、反應(yīng)物、溶劑、時(shí)間等對(duì)形貌的影響。在無(wú)水乙醇中，十六酸輔助控制合成了空心微球氧化亞銅。微球直徑12-15μm，球殼厚約1μm，由200-300nm 小顆粒組成。大量的實(shí)驗(yàn)表明，十六酸對(duì)空心微球的形成和Cu

7、2+ 轉(zhuǎn)化為Cu+起了關(guān)鍵性作用。另外，溫度為180℃、溶劑為無(wú)水乙醇和前驅(qū)體為Cu(NO3)2·3H2O 也是必要條件。時(shí)間為6-8h 是得到Cu2O 空心微球的最佳條件。在無(wú)水乙醇和水混合溶液中，十六酸輔助合成了十八面體氧化亞銅，粒徑約2.2-3μm。該多面體有18 個(gè)面，其中6 個(gè)四邊形，12 個(gè)六邊形；32 個(gè)頂點(diǎn)中，有連接3 個(gè)六邊形的，和連接2 個(gè)六邊形和1 個(gè)四邊形的；一共有48 條邊，24 條邊比較長(zhǎng)，構(gòu)成6 個(gè)四邊形，

8、剩下的24 條較短的邊三三相交在一點(diǎn)，形成三個(gè)相鄰六邊形的8 個(gè)交點(diǎn)。如文中模擬結(jié)構(gòu)圖所示（第三章圖12D）。該結(jié)構(gòu)有著和正方體一樣的對(duì)稱元素，屬于Oh 點(diǎn)群。對(duì)晶體可能的形成機(jī)理進(jìn)行了初步探討，并對(duì)不同形貌的Cu2O 晶體的光學(xué)性能進(jìn)行了初步研究。 第四章，對(duì)本論文的工作進(jìn)行了總結(jié)和展望。 簡(jiǎn)而言之，研究工作主要包括對(duì)氧化鋅和氧化亞銅的形貌控制和發(fā)光性質(zhì)的研究。研究認(rèn)為，開(kāi)辟半導(dǎo)體納米微米材料制備的新途徑，探索光學(xué)性質(zhì)