一維氧化鋅納米材料的制備及其光學(xué)性能研究.pdf

1、納米材料是材料科學(xué)與納米科技的交叉部分，也是納米科技中最基礎(chǔ)、最活躍的組成部分，對未來經(jīng)濟和社會發(fā)展有著重要影響。由于其明顯不同于體材料和單個分子的獨特性質(zhì)，例如小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)等，納米材料在電子、太陽能、陶瓷、生物和醫(yī)療等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。隨著人們對納米材料所具有的特殊性質(zhì)的不斷認識和對納米材料應(yīng)用方面的廣泛研究，納米材料與納米結(jié)構(gòu)的制備方面的研究也日趨深入。20世紀80年代以來，零維（0D）納米材料的合成與制

2、備已經(jīng)取得了很大的進展，但一維（1D）、準一維（quasi-1D）及二維（2D）納米材料及其相關(guān)結(jié)構(gòu)的制備和研究仍面臨著巨大挑戰(zhàn)。由于具有特殊的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)和機械性能，此類低維納米材料將是納米材料在微電子和納電子方面獲得應(yīng)用的關(guān)鍵，在今后相當長時期內(nèi)將成為納米材料研究的重點領(lǐng)域。 氧化鋅是一種新型的Ⅱ-Ⅵ族直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，納米氧化鋅具有納米材料和優(yōu)異半導(dǎo)體材料兩方面的獨特性質(zhì)，在液晶顯示器、太陽能電池、保護性涂層、

3、氣敏元件、固體照明光源和紫外發(fā)光器件等領(lǐng)域表現(xiàn)出潛在應(yīng)用前景。最近幾十年來，關(guān)于ZnO納米材料制備方面的研究取得了巨大的進步，但仍有很多問題需要解決。目前，有效的控制ZnO納米材料的形貌和微結(jié)構(gòu)并對其光學(xué)性能進行探討是很多研究人員關(guān)注的熱點。 本文選擇ZnO納米體系為研究對象，側(cè)重于納米ZnO的制備以及光學(xué)性能的研究。通過靜電紡絲法和氣相沉積法制備出一維ZnO納米材料，并借助于X-射線粉末衍射、透射電鏡/高分辨透射電鏡、掃描電鏡

4、，電子探針顯微鏡、X-射線能譜儀等手段研究了納米產(chǎn)物的物相組成和微結(jié)構(gòu)；借助X-射線電子能譜、傅立葉變換紅外光譜、光致發(fā)光光譜等手段表征和探討了ZnO納米材料的光學(xué)性能。本論文主要研究內(nèi)容歸結(jié)如下： 1．采用靜電紡絲法與溶膠-凝膠法相結(jié)合的方法，以PVA和Zn（Ac）2·2H2O為主要原料，制備出ZnO納米纖維，并對所得ZnO納米纖維進行表征和光學(xué)性能的初步探討。結(jié)果表明，所得樣品為六角纖鋅礦型ZnO納米材料，室溫PL光譜顯示所

5、得樣品在416nm（2．98eV）附近有一強的紫光峰，在459nm（2．70eV）附近有一強的藍光峰，在位于530nm（2．34eV）附近存在較弱的綠光峰。 2．選擇了最典型的n型摻雜元素Al，以PVA和Zn（AC）2為主要原料，Al（NO3）3·9H2O為摻雜劑，經(jīng)靜電紡絲獲得四組不同摻雜濃度的ZnO納米纖維，對其進行表征和性能測試。實驗結(jié)果表明：所得最終樣品為六角纖鋅礦型ZnO，且Al3+的摻入對ZnO納米纖維的形貌和微結(jié)構(gòu)

6、有很大的影響。不同Al摻雜濃度的ZnO：Al纖維的PL圖譜在均出現(xiàn)了強的紫光峰和藍光峰，以及弱的綠光峰。 3．采用CVD方法，通過熱蒸發(fā)摩爾比為1：1．5的ZnO和C粉的混合粉體，在不同的實驗條件下，在Si片上制備了ZnO納米線陣列。對產(chǎn)物進行表征和性能測試，研究并探討了不同的實驗參數(shù)對ZnO納米線形貌和生長結(jié)構(gòu)的影響。實驗結(jié)果顯示，提高升溫速率、縮短保溫時間均可使所得ZnO納米線的直徑變小、納米線表面變光滑、質(zhì)量變高，而Si片