半導(dǎo)體ZnO微米-納米結(jié)構(gòu)制備及其性質(zhì)研究.pdf

1、在本論文中，我們分別采用了熱蒸發(fā)法、溶液處理法以及水熱合成法等不同方法，制備出形貌各異的ZnO微米／納米結(jié)構(gòu)，如納米梳、納米棒、納米線、納米帶、針管狀納米結(jié)構(gòu)、雙節(jié)棍納米結(jié)構(gòu)、毛筆狀納米結(jié)構(gòu)、由納米棒組成的納米花狀結(jié)構(gòu)、納米盤和由納米盤組成的納米花狀結(jié)構(gòu)。對所得到的部分樣品的生長機制做了一定的探討，并且定性地分析了部分樣品的光致發(fā)光性質(zhì)和場發(fā)射性質(zhì)。本論文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點有以下幾個方面。 一、在實驗的早期，用傳統(tǒng)的熱蒸發(fā)法制備

2、出ZnO納米梳和納米棒。適當(dāng)改變溫度條件后，我們得到了雜亂的納米線和形貌稍異的納米梳等納米結(jié)構(gòu)。用掃描電子顯微鏡(SEM)表征所制備的樣品的形貌和結(jié)構(gòu)。對納米梳的晶體特性用選區(qū)電子衍射(SAED)和透射電子顯微鏡(TEM)進行表征而用X射線電子衍射(XRD)表征其晶體結(jié)構(gòu)。根據(jù)實驗結(jié)果，定性地探討了“階梯狀”納米梳的生長機制，第一步：ZnO成核并沿著[01-10]晶向生長，形成側(cè)面是±(0001)兩個晶面，上下底面是±(2ii0)晶面的

3、納米帶結(jié)構(gòu)；第二步：同時地，納米棒的齒沿著晶向[0001]以較慢的速度生長，這可能與釬鋅礦族的晶體結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。 二、通過硫尿溶液刻蝕用熱蒸發(fā)制備的納米梳和納米棒，我們得到了超薄的ZnO納米帶和尖頭直徑約為30nm的針管狀納米機構(gòu)。用能量散射X射線探測器(EDX)鑒定是否有其它元素(如硫元素)摻入所得的納米帶和針管狀結(jié)構(gòu)中。定性地解釋了超薄納米帶和針管狀納米結(jié)構(gòu)的形成。最后，經(jīng)溶液浸泡的樣品和未經(jīng)浸泡的樣品的光譜和場發(fā)射等特性進

4、行對比，結(jié)果顯示硫尿中的氫離子不僅對形貌的形成有決定作用，而且在改善光譜和場發(fā)射性質(zhì)方面同樣有著重要的作用。 三、利用六水硝酸鋅(Zn(NO<,3>)<,2>·6H<,2>O)和六亞甲基四胺(C<,6>H<,12>N<,4>)，通過低溫水浴合成了不同形貌的氧化鋅微米/納米結(jié)構(gòu)(如花狀結(jié)構(gòu)、毛筆狀結(jié)構(gòu)、餅狀結(jié)構(gòu)和雙節(jié)棍等)。對所合成的樣品的形貌、晶體特性進行一定的測試和表征。對于不同的實驗條件，如溶液濃度、襯底以及“溫度變化”等進

5、行了實驗，并對實驗結(jié)果做了定性地討論。根據(jù)實驗結(jié)果，我們給出了由棒狀結(jié)構(gòu)到毛筆狀結(jié)構(gòu)最后導(dǎo)致雙節(jié)棍的形成機理。測試和分析了花狀和毛筆狀納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)。 四、我們采用化學(xué)純的氯化鋅(ZnCl<,2>)和氨水(NH<,3>·HM<,2>O)兩種化學(xué)試劑通過低溫水浴合成了大面積的由納米盤組成的ZnO微米/納米花狀結(jié)構(gòu)。這種合成氧化鋅微米、納米結(jié)構(gòu)的方法具有方法簡單、成本低、條件溫和以及對環(huán)境無污染等優(yōu)點；另外與其他的化學(xué)合成方法相

6、比較，本方法只采用了兩種化學(xué)試劑，沒有添加任何活性劑或者有機物，所以合成的微米/納米材料純度較高。這些氧化鋅花狀結(jié)構(gòu)是由片狀六邊行組成，由于其具有大的比表面積，在化學(xué)傳感器、光催化以及光存儲等方面有著巨大的應(yīng)用前景。對于不同的實驗條件，如溶液濃度、生長時間、pH值和襯底等因素進行了實驗，并對實驗結(jié)果與生成條件之間的關(guān)系做了定性地討論和分析，為大面積、低成本合成氧化鋅微米/納米結(jié)構(gòu)提供一條實驗途徑。我們對部分樣品做了室溫光譜測試和分析，闡