二維Zn、ZnO和MgxZn1-xO薄膜的電沉積與基礎(chǔ)理論研究.pdf

1、Zn元素被廣泛運用于工業(yè)發(fā)展中。本文圍繞Zn及其氧化物ZnO展開研究。近年來，異質(zhì)金屬基體上欠電位沉積超薄金屬層的實驗與理論研究已成為研究熱點。研究開發(fā)具有特殊物理化學(xué)性質(zhì)的微/納米金屬鋅材料具有重要意義和明確的應(yīng)用價值。ZnO是一種直接帶隙半導(dǎo)體材料，晶型屬于六方晶系，具有六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，它具有資源豐富、無毒性、在等離子體中穩(wěn)定等優(yōu)點，被認為是最有希望取代廣泛使用的、稀有而昂貴的錫摻雜氧化銦(ITO)的透明導(dǎo)電膜，在太陽能電池、液晶顯

2、示器、發(fā)光器件、氣敏傳感器等光電產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，近年來已引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。相對于傳統(tǒng)的薄膜制備方法，電化學(xué)沉積方法具有簡單、廉價、高產(chǎn)率的特點，顯示出廣泛的應(yīng)用前景。本文研究內(nèi)容及主要結(jié)果如下：
　　采用密度泛函理論計算與電化學(xué)實驗相結(jié)合的方法，研究了Zn在Au電極上的欠電位沉積行為。結(jié)果表明：Zn能在 Au上欠電位沉積。Zn欠電位沉積于金襯底上初始沉積電位約為-0.935V，且遵循二維瞬時形核和生長機制；OH在

3、Zn欠單層上形成共吸附結(jié)構(gòu)，可增加欠電位吸附的鋅的穩(wěn)定性，從而形成具有高電極活性的單層結(jié)構(gòu)。
　　采用電化學(xué)沉積法在ITO玻璃襯底上制備出了ZnO薄膜。詳細討論了電沉積電壓、時間、溫度、電解質(zhì)濃度等諸多因素對薄膜的影響。最佳的沉積條件為：使用不高于0.10mol/L Zn(NO3)2水溶液作為電沉積液，電壓控制在-1.0V左右，反應(yīng)溫度為65?C，沉積時間為10~25min。且加入合適的表面活性劑及 Cl?存在有利于低維ZnO納米

4、結(jié)構(gòu)的形成。
　　采用第一性原理平面波超軟雁勢方法，對ZnO本征點缺陷及Mg摻雜ZnO的電子結(jié)構(gòu)進行了計算，并利用電沉積方法成功地制備了MgxZn1-xO薄膜(0≤x≤0.250)，分析了薄膜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性。結(jié)果表明：①VO、ZnO和Zni以施主形式存在；VZn、OZn與Oi以受主形式存在；Zni的存在是未摻雜ZnO呈n型導(dǎo)電的主要原因。②MgxZn1-xO合金薄膜保持六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)；在同波長的激發(fā)光的作用下，隨著Mg2+含量的