T-ZnOw的制備及摻雜對其性能影響的研究.pdf

1、四角狀氧化鋅晶須(T-ZnOw)是一種具有規(guī)整三維空間結構的多功能無機晶體材料。其制備采用高純鋅粉為原料，需要進行繁瑣的鋅粉預處理以及加入大量催化劑，難以形成規(guī)模生產(chǎn)，成本較高，阻礙了其得到進一步的推廣和應用。本課題正是針對上述問題而展開的，目的是在深入研究其成核和生長理論的基礎上探索直接利用非高純度鋅粉制取四針狀氧化鋅晶須的最佳工藝條件。同時考察鋁(Al)摻雜對T-ZnOw的電阻率的影響。并嘗試將金屬鎵(Ga)摻雜在晶須內(nèi)，得到了導電

2、性能良好的T-ZnOw。 本課題系統(tǒng)研究了合成T-ZnOw的工藝過程中影響晶須尺寸、形貌及產(chǎn)率的諸多因素。探索了直接熱蒸發(fā)氧化法合成T-ZnOw的理想工藝。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)對所得的晶須進行了形貌與結構的研究，發(fā)現(xiàn)這些T-ZnOw是單晶的，為六方纖鋅礦結構，晶須長度范圍為30～65μm，平均長度50μm，晶須的直徑約為2～5μm，平均直徑3μm左右。ZnO晶須的生長主要由兩個因素決定：一是ZnO的

3、過飽和度，另一個是ZnO自身的結晶特性。其中，過飽和度是結晶和取向生長最重要的驅(qū)動力。而過飽和度可以通過調(diào)節(jié)溫度和反應速率來控制。實驗結果表明前期升溫速率為5℃/min時，所制備T-ZnOw形貌最為規(guī)整，且產(chǎn)率高達95％。隨著前期升溫速率的提高，產(chǎn)物是不均勻的四針狀氧化鋅晶須，晶須尺寸增加。隨著保溫溫度的增加，晶須細化，但晶須結構的完整性及產(chǎn)量都有所下降。 由于T-ZnOw屬于半導體材料，所以本文利用T-ZnOw的本征缺陷進行摻

4、雜，使其導電性能有所突破。并對摻雜后的T-ZnOw的晶體結構、微觀形貌進行了表征和研究。通過溶液浸漬法對T-znow進行預處理引入摻雜元素Al、Ga，再高溫熱擴散讓摻雜元素固溶進入T-ZnOw晶格。采用SEM對所得摻雜T-ZnOw進行微觀形貌表征，結果表明T-ZnOw失去了部分針狀尖體結構；晶須表面覆蓋有顆粒。采用XRD對摻雜T-ZnOw的晶體結構、化學組成進行了進一步分析，發(fā)現(xiàn)Al、Ga元素進入T-ZnOw晶格。隨著摻雜量的增加，XR