水熱法制備ZnO納米棒工藝的優(yōu)化.pdf

1、自上世紀(jì)90年代中期以來，一維(1-D)納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料成為納米材料研究的前沿，相較于其它一維納米結(jié)構(gòu)材料，一維ZnO為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu),屬寬帶隙半導(dǎo)體材料，在室溫下具有較高的激子結(jié)合能(約為60meV)，可獲得高效的激子發(fā)光。相較于其它一維ZnO納米結(jié)構(gòu)，ZnO納米棒具有比表面積大，缺陷密度少，較好的光電性質(zhì)等優(yōu)勢。本文采用水熱法制備出棒狀ZnO納米陣列，研究了不同反應(yīng)條件下ZnO納米棒形貌、光學(xué)等性能的變化。
　　本論文在制

2、備ZnO納米棒前，首先采用溶膠凝膠法在石英襯底上沉積ZnO納米薄膜作為水熱法制備ZnO納米棒的籽晶層。探討了溶膠濃度，Na摻雜，種子層，旋涂層數(shù)對ZnO薄膜性能的影響。XRD測試結(jié)果表明：不同溶膠濃度下涂覆成膜的ZnO樣品XRD圖譜均顯示出（100）、（101）、（002）三個(gè)衍射峰，且在濃度為0.8 mol/L時(shí)，樣品出現(xiàn)明顯的沿（002）晶面的擇優(yōu)取向性，衍射峰強(qiáng)度最高；Na元素的摻雜，替代Zn原子形成穩(wěn)定存在的NaZn，使ZnO晶

3、體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，抑制了（100）、（101）衍射峰的生長，（002）峰卻得以更好地發(fā)展，提高了薄膜的擇優(yōu)取向性；薄膜制備過程中，過渡層的引入，有效降低了薄膜晶體結(jié)構(gòu)與襯底之間失配率，使薄膜的結(jié)晶質(zhì)量明顯得到改善；對于同一濃度的溶膠來說，旋涂層數(shù)的多少對于制備出的薄膜樣品性影響甚微。
　　采用水熱法制備 ZnO納米棒陣列，探討了前驅(qū)物濃度、反應(yīng)時(shí)間、種子層、Mg、表面活性劑聚乙烯亞胺對ZnO納米棒形貌及光致發(fā)光性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

4、明，隨著前驅(qū)物濃度的增加，ZnO納米棒的長度減小、直徑增大，沿(002)晶面生長的取向性變好，紫外發(fā)光強(qiáng)度也隨濃度的增大而增大。相較于無摻雜及Na摻雜的ZnO薄膜襯底而言，AZO(Al摻雜的ZnO)基底上制備的ZnO納米棒具有較高的致密度及更優(yōu)的取向性，PL譜也顯示出在391nm附近出現(xiàn)的高強(qiáng)度紫外帶邊發(fā)射，及465nm附近的微弱的藍(lán)光發(fā)射峰。Mg摻雜以及聚乙烯亞胺的添加，都會(huì)使ZnO納米棒的直徑減小，端面由六棱柱狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榧忮F狀結(jié)構(gòu)