ZnO薄膜的水溶液法制備與研究.pdf

1、本文采用水溶液生長(zhǎng)兩步法，以硝酸鋅和氨水為生長(zhǎng)溶液前驅(qū)體，通過(guò)襯底表面晶種層的外延生長(zhǎng)方式，溶液的過(guò)飽和度為生長(zhǎng)主要驅(qū)動(dòng)力，制備了高度取向一致的六方纖鋅礦氧化鋅(ZnO)納米級(jí)/微米級(jí)棒晶陣列薄膜，研究了水溶液中ZnO棒晶薄膜的生長(zhǎng)機(jī)理，并基于該機(jī)理實(shí)現(xiàn)了多種微觀形貌ZnO薄膜的制備，對(duì)其結(jié)構(gòu)及形貌形成的影響因素進(jìn)行系統(tǒng)的分析。 通過(guò)XRD、SEM、TEM、SAED、HRTEM等方法分析和表征了制得的ZnO薄膜的物相組成、結(jié)晶形

2、貌和組織結(jié)構(gòu)等。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在氨水體系中，由于氨絡(luò)合Zn2+對(duì)于生長(zhǎng)釋放Zn2+的發(fā)揮了緩沖的作用，保持了棒晶生長(zhǎng)穩(wěn)定性，所以ZnO棒晶生長(zhǎng)存在于寬pH值范圍。以水溶液中pH值原位二次調(diào)節(jié)的途徑，制備了ZnO管狀晶、片狀晶和表面絨毛狀的棒晶。其中，調(diào)高溶液pH值使溶液組成不飽和而進(jìn)入非成核區(qū)，ZnO晶體極性面(0001)易于吸引氫氧根離子而被腐蝕，促使ZnO管狀和片狀晶體的形成；調(diào)低溶液pH值使溶液組成再次過(guò)飽和而進(jìn)入成核區(qū)，ZnO納米晶在

3、勢(shì)壘更低的棒晶界面成核，導(dǎo)致了表面絨毛狀的ZnO棒晶的形成。 實(shí)驗(yàn)考察了水溶液法中各工藝條件及參數(shù)對(duì)ZnO薄膜質(zhì)量、形貌和結(jié)構(gòu)的作用規(guī)律，包括ZnO晶種層、種子液濃度、生長(zhǎng)液初始鋅濃度、初始pH值、生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)時(shí)間和十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)的添加等。研究表明，排列整齊一致的ZnO棒晶陣列的制備需要襯底表面涂敷ZnO晶種層；種子液濃度對(duì)于薄膜形貌影響較?。荷L(zhǎng)液初始鋅濃度主要影響棒的c軸方向的生長(zhǎng)速率，濃度的增大有利于Z

4、nO棒晶陣列的致密度以及整齊度；在成核區(qū)的范圍內(nèi)，增大初始pH值，ZnO棒長(zhǎng)徑比顯著增大，且由稀疏細(xì)長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榕帕芯o密整齊一致的棒晶陣列；加入CTAB有利于ZnO棒晶陣列排列更緊密，但是易于導(dǎo)致棒晶互相聯(lián)結(jié)；生長(zhǎng)溫度的升高促使生長(zhǎng)速率加快；延長(zhǎng)生長(zhǎng)時(shí)間，膜的致密度更高且棒晶尺寸更大。棒晶c軸方向的生長(zhǎng)速率主要受初始鋅濃度、初始pH值、生長(zhǎng)溫度和時(shí)間控制，而直徑主要決定于晶種層、初始pH值和生長(zhǎng)時(shí)間。通過(guò)調(diào)整以上工藝及參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)不同尺寸的