多足和盤狀ZnO及ZnO（PbS）-碳納米管異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的光電特性研究.pdf

1、本論文的研究結(jié)果概括如下： 1.SOI襯底上生長(zhǎng)的多足狀納米ZnO的光致發(fā)光與受激發(fā)射采用熱蒸發(fā)法，在沒(méi)有催化劑的條件下，在SOI襯底上成功制備了多足狀三維ZnO納米結(jié)構(gòu)。通過(guò)光致光譜研究了納米結(jié)構(gòu)的發(fā)光特性，發(fā)現(xiàn)樣品具有相當(dāng)強(qiáng)的綠光發(fā)射和較弱的紫外光發(fā)射，這表明樣品中含有大量的氧空位或表面態(tài)。樣品經(jīng)過(guò)乙醇表面處理后，紫外發(fā)光強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，這是由于樣品表面吸附的氧分子所導(dǎo)致的。在變溫的光致發(fā)光譜中，紫外發(fā)光顯示了一個(gè)不尋常的發(fā)光

2、現(xiàn)象：在50-120 K溫度范圍內(nèi)，紫外發(fā)射積分強(qiáng)度隨溫度的升高而增加，這與在無(wú)序的多孔硅體系中發(fā)現(xiàn)的不尋常發(fā)光行為非常類似，進(jìn)一步反映了多足狀ZnO中含有豐富的表面態(tài)。另外，盡管樣品晶體質(zhì)量不完美，仍然可以在3.23 eV左右觀測(cè)到紫外激光發(fā)射，受激發(fā)射可能歸咎于激子．激子碰撞的輻射復(fù)合。這種分級(jí)的三維納米結(jié)構(gòu)在多端納米傳感器等方面具有應(yīng)用價(jià)值。 2.SOI襯底上垂直生長(zhǎng)的六角ZnO納米盤的紫外激光發(fā)射和時(shí)間分辨光譜采用熱蒸

3、發(fā)法，在沒(méi)有催化劑的條件下，直接在SOI襯底表面首次生長(zhǎng)得到垂直于襯底表面的二維ZnO盤狀納米結(jié)構(gòu)。所制備的ZnO納米盤，均是六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的單晶，呈六邊形結(jié)構(gòu)，對(duì)角線的長(zhǎng)度和厚度分別介于0.8~3 μm和1 0-20 nm之間，厚度相對(duì)于對(duì)角線而言是非常薄的，因此具有超薄的形貌特征。采用飛秒和皮秒激光器對(duì)ZnO納米盤進(jìn)行了受激輻射和時(shí)間分辨光譜的研究，第一次在這種六角盤狀ZnO納米結(jié)構(gòu)中觀測(cè)到紫外激光發(fā)射，激光發(fā)射的中心波長(zhǎng)在385

4、nm(3.22 eV)左右，受激輻射的閥值能量密度為205 μJ/cm2。通過(guò)對(duì)樣品的激光機(jī)制的分析，發(fā)現(xiàn)六角納米盤的受激輻射來(lái)自于納米盤自身構(gòu)成的諧振腔，諧振腔中回音壁式(WGM)激光模式占主導(dǎo)地位。通過(guò)對(duì)樣品的時(shí)間分辨光致發(fā)光譜的研究，結(jié)果表明：當(dāng)泵浦光強(qiáng)低于閥值激發(fā)時(shí)，時(shí)間分辨光譜能夠用雙指數(shù)衰減模型擬合得到的兩個(gè)壽命分別為68 ps和376 ps。當(dāng)泵浦光強(qiáng)高于閥值激發(fā)時(shí)，時(shí)間分辨光譜主要由一個(gè)壽命為2 ps的衰減過(guò)程決定。這種

5、ZnO盤狀納米結(jié)構(gòu)可望用來(lái)制作納米激光器。 3.液相法制備的Zno(PbS)量子點(diǎn)／多壁碳納米管異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換特性的研究通過(guò)簡(jiǎn)單的液相法將ZnO量子點(diǎn)直接組裝到多壁碳納米管(MWCNT)的表面，成功地構(gòu)筑了新穎的-維異質(zhì)結(jié)構(gòu)。這種直接組裝的方法能夠較好的保持MWCNT原有的結(jié)構(gòu)和獨(dú)特光電性能。通過(guò)對(duì)樣品的光致發(fā)光譜的研究，發(fā)現(xiàn)MWCNT能夠有效地猝滅ZnO量子點(diǎn)的發(fā)光，進(jìn)一步分析表明處于激發(fā)態(tài)的ZnO量子點(diǎn)與MWCNT之間存

6、在電荷轉(zhuǎn)移相互作用。并且，在365 nm紫外光照射下，由ZnO／MWCNr異質(zhì)結(jié)構(gòu)形成的薄膜電極顯示了良好的可重復(fù)的光電流響應(yīng)特性.有趣的是，由于MWCNT的引入導(dǎo)致了ZnO納米顆粒薄膜電極的光電流增加了2 倍，這進(jìn)一步證實(shí)兩者之聞確實(shí)存在光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移，也反映了這種一維異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的電荷分離和傳輸能力。基于ZnO／MWCNT異質(zhì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，PbS量子點(diǎn)也被成功地組裝到MWCNT的表面，形成PbS／MWCNT異質(zhì)結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)通