一維ZnO納米結(jié)構(gòu)的制備、性能和器件研究.pdf

1、準(zhǔn)一維納米材料，包括納米線/棒、納米針、納米帶、納米同軸電纜和納米管等，近年來引起了極大的研究熱潮。在這些材料中，氧化物半導(dǎo)體-維納米材料又受到了特殊的關(guān)注，這不僅因?yàn)樨S富多樣的氧化物納米結(jié)構(gòu)不斷被制備出來，更因?yàn)檠趸镏嘘栯x子價態(tài)可變、氧空位濃度可調(diào)，從而氧化物半導(dǎo)體的性質(zhì)可以有效調(diào)控。本文主要對準(zhǔn)一維納米材料ZnO進(jìn)行了研究。研究了ZnO納米棒，納米粒子的制備新方法，并討論了影響ZnO納米結(jié)構(gòu)的生長因素和生長機(jī)理。對合成的ZnO納米

2、棒的光學(xué)特性進(jìn)行了研究，并研究了不同的ZnO納米結(jié)構(gòu)形貌對光學(xué)性能的影響。對新方法進(jìn)行改進(jìn)合成無襯底，高質(zhì)量的，單晶ZnO納米棒密堆積陣列，并對它的生長機(jī)制進(jìn)行研究。用ZnO密堆積陣列為氣敏材料做成高性能酒精傳感器。并對它的高靈敏度的酒敏機(jī)理進(jìn)行研究。用相同的方法制得形狀為n型ZnO納米棒，并研究了它的生長機(jī)理和酒敏性。主要完成以下工作： 1.我們用一種簡單的新方法合成ZnO納米棒，直徑為25-100nm，長度為0.2-1um，

3、長徑比為10-40。測試結(jié)果表明ZnO納米棒為單晶，屬于六方晶系，晶形很好，很少或者沒有結(jié)構(gòu)缺陷，具有沿[0001]方向擇優(yōu)生長的特征。單晶ZnO納米棒的制備成功為開發(fā)其潛在應(yīng)用，制作各種納米電子器件及光電子器件提供了一條簡單廉價的途徑，也為研究Graetzel型太陽能電池的電子傳輸機(jī)理、大幅度提高光電轉(zhuǎn)換效率提供了一個可能的方法。同時為制備其它一維半導(dǎo)體納米材料提供了一條嶄新的途徑。 2.我們研究了影響ZnO結(jié)構(gòu)的生長因素，在

4、其它條件不變下，隨著檸檬酸的濃度增加，納米棒的長度減少，直徑增大。在其它條件不變下，隨著煅燒溫度的升高，納米ZnO的形態(tài)由棒狀向顆粒狀轉(zhuǎn)變，并且粒子之間發(fā)生明顯的團(tuán)聚，當(dāng)其它條件不變下，隨著煅燒時間的增加，ZnO納米棒的直徑增加長度減少。 3.我們用前面介紹的方法合成了ZnO納米棒，通過IR，PL，UV-vis研究了ZnO納米棒的光學(xué)特性，我們發(fā)現(xiàn)ZnO納米棒有著很好的晶體質(zhì)量和優(yōu)秀的光學(xué)特性。同時我們研究了ZnO納米棒和ZnO

5、納米粒子的光學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)不同的形貌對ZnO的光學(xué)特性有一定的影響。 4.對新方法進(jìn)行改進(jìn)制得無襯底，高質(zhì)量的，單晶ZnO納米棒密堆積陣列。ZnO密堆積陣列每一根棒都沿著[0001]方向，平均直徑為50nm，平均長度為0.5gm，長徑比為10。ZnO納米棒密堆積陣列在紫外一可見光吸收譜在372nm有著一個強(qiáng)烈的激子吸收鋒，相對于體材料(387nm)發(fā)生藍(lán)移。研究了ZnO納米棒密堆積陣列的生長機(jī)制。 5.我們用ZnO密堆積陣

6、列為氣敏材料做成高性能酒精傳感器。在1PPm酒精中，靈敏度為10，我們認(rèn)為高靈敏度由密堆積耗盡和全面接觸引起的。我們的結(jié)果表明ZnO密堆積陣列是合成氣體傳感器最適合的氣敏材料。 6.我們用前面介紹的方法制得形狀為n型ZnO納米棒。這些納米棒以一個薄的片狀物的基底來相互平行生長成形狀為n型ZnO納米棒，薄的片狀物基底的寬度為50到130nm。直徑長度為25到60nm，長度為0.2-0.6μm。用它作成的酒精傳感器對酒精很敏感。在1