Cu摻雜ZnO納米片的制備及其性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、納米ZnO由于其獨特的物理和化學(xué)性能,在自旋電子學(xué)、光電器件以及生物傳感器等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用潛力。用Cu對ZnO進行摻雜可改變ZnO的電子結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致ZnO的光學(xué),電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)急劇變化,以滿足特殊的需求和應(yīng)用。本文的設(shè)計思想是如何在Zn/Cu雙層材料或Zn-Cu合金上制備出Cu摻雜的ZnO納米結(jié)構(gòu)。
  本文研究出一種新的,快速和低成本的方法來制備Cu摻雜ZnO納米片。用不同濃度的CuSO4溶液短時間侵蝕鋅片后自然干燥,再將

2、CuSO4侵蝕過的鋅片進行200℃~500℃退火。用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、高分辨透射電子顯微鏡(TEM),對不同實驗階段的試樣進行表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)用CuSO4溶液侵蝕鋅片后形成?Cu摻雜ZnO納米片/Cu-Zn層/基體鋅的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。Cu摻雜 ZnO納米片是六方晶體結(jié)構(gòu)的多晶,晶粒尺寸為(5~10)nm。隨著退火溫度的升高,ZnO中 Cu摻雜的量降低,當退火溫度高于鋅的熔點,Cu摻雜的量在 ZnO中的速度降低更快。當退

3、火溫度低于鋅的熔點(410℃)時,退火前后納米片形貌幾乎保持不變。當退火溫度高于鋅的熔點時, ZnO納米片形貌的變化取決于原先 CuSO4溶液的濃度。根據(jù)CuSO4與鋅的化學(xué)反應(yīng)和方程,建立了原電池反應(yīng)物理模型來解釋Cu摻雜ZnO納米片的形成。并通過氧化熱力學(xué)分析和平衡氧分壓計算,對退火過程ZnO納米片中Cu摻雜含量的變化給予解釋,同時對退火過程中ZnO納米片形貌的變化也進行了分析。對退火后的試樣進行光致發(fā)光性能測試,從ZnO納米片的光

4、致發(fā)光圖譜可以看到紫光波發(fā)生紅移。對水在樣品表面的潤濕角也進行了測試,結(jié)果表明樣品表面ZnO形貌變化或樣品在空氣中停留時間都會影響水在試樣上的潤濕角。對機械研磨處理( SMAT)前后的Cu0.62Zn0.38黃銅片試樣在400℃~700℃, N2-5%O2氣氛中氧化。用SEM、XRD和TEM對氧化產(chǎn)物進行表征。結(jié)果表明當氧化溫度在500℃~600℃時,在黃銅表面形成ZnO納米片或納米線;所得到的ZnO納米片或納米線為單晶六方晶體結(jié)構(gòu)。與

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