微納米花形ZnO的水浴法制備及其光學性能研究.pdf

1、ZnO是一種重要的Ⅱ-ⅣV族直接寬禁帶半導體材料,室溫下禁帶寬度為3.37eV,激子束縛能高達60 meV,被認為是一種有廣闊應用前景的紫外光發(fā)射材料。同時它也是一種多功能氧化物材料,在光電、鐵電、壓電、熱電、鐵磁等領域具有優(yōu)異的特性,可廣泛應用于透明電極、壓電材料、壓敏電阻、聲波器件和太陽能電池等諸多領域。
　　 目前,ZnO的研究主要集中在ZnO薄膜、ZnO摻雜及ZnO納米結構的研究。在納米結構領域,科研人員已經(jīng)取得了很大進

2、展,但納米ZnO器件的應用仍然任重而道遠。眾所周知,材料的性能取決于材料的結構,而材料的結構又很大程度上取決于制備方法和工藝。因此,對于材料的形貌、尺寸等的可控制備研究,對于納米ZnO器件的應用是至關重要的前提。
　　 本論文采用簡單的水浴法,以硝酸鋅(Zn(NO3)2·6H2O)、六亞甲基四胺((CH2)6N4)和乙二胺(C2H8N2)為原料,制備了微納米花形ZnO結構,為研究其生長過程/原理,在不同實驗條件(濃度、溫度、時間

3、、反應物配比)下制備了不同形貌的ZnO微納米材料,系統(tǒng)探討了不同因素對其形貌和結構的影響,并采用光致發(fā)光譜和紫外-可見光吸收光譜作為光學性能的表征手段。此外,以普通玻璃片為基底,采用一步水浴法制備出了微納米花形ZnO陣列及摻S微納米花形ZnO陣列,研究了摻S對花形ZnO陣列結構、形貌與發(fā)光性能的影響。采用X-射線粉末衍射儀(XRD)進行物相分析,場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)透射電鏡(TEM,配有選區(qū)電子衍射(SAED))觀察產(chǎn)物的

4、形貌,熒光光譜儀(激發(fā)光源為Xe燈)在室溫下測定光致發(fā)光(PL)光譜,紫外光譜儀分析樣品的紫外-可見光吸收光譜。研究結果表明:
　　 (1)微納米花形ZnO的花瓣為六角錐形結構,XRD測試表明其為纖鋅礦ZnO結構,高分辨透射電鏡及選區(qū)電子衍射花樣表明其為單晶結構,并且沿著從c軸生長,能譜分析表明其由Zn和O元素組成,組成接近1:1,表明其結晶良好。
　　 (2)反應溶液濃度、生長溫度、生長時間、反應物配比等對樣品形貌的影

5、響較大。隨著反應溶液濃度的增大,微納米花形ZnO的生長速度加快,尺寸增加,結晶致密、晶體質量提高。隨著生長溫度的降低,晶核易團聚從而導致花瓣聚集;此外溫度的降低使反應速率降低,并導致晶粒發(fā)育不完全。隨著生長時間的延長,初期有助于晶粒的發(fā)育和長大,但當時間過長時,容易造成“溶解”現(xiàn)象,使晶體質量下降。乙二胺的選擇性吸附提供了二次形核生長點,因此在形成花形ZnO結構中起著決定性的作用,而六亞甲基四胺只是影響花瓣的形貌,吸附在花瓣側面阻礙其生