一維氧化鋅納米陣列的制備、表征及其熒光特性.pdf

1、氧化鋅是一種重要的直接寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下其禁帶寬度為3.37eV和較大的激子束縛能(～60meV)。同時它也是一種多功能氧化物材料，在光電、壓電、熱電等各個領(lǐng)域都具有優(yōu)異的性能，被廣泛的應(yīng)用于表面聲波器件、太陽能電池、氣敏、壓敏以及光電器件上，加上原材料資源豐富、價格便宜，對環(huán)境無毒害的應(yīng)用前景，是近年來繼GaN之后國際上又一研究熱點。最近ZnO納米棒在室溫下光致紫外激光的發(fā)現(xiàn)，極大地推動了固體基底上制備高質(zhì)量高定向的ZnO納米棒

2、的研究。 一維氧化鋅納米材料的制備有很多種方法，如熱蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉積法、水熱法、模板法等，而化學(xué)溶液法由于其設(shè)備簡單、操作容易、成本低廉、反應(yīng)溫度低及有利于大規(guī)模生產(chǎn)等特點，越來越受到人們的青睞。 本課題就采用簡單的化學(xué)溶液法合成了幾種一維氧化鋅納米材料，包括氧化鋅納米棒陣列、氧化鋅納米管陣列、氧化鋅納米花狀束等。采用場發(fā)射掃描電鏡、X射線衍射儀、X射線能譜儀、透射電鏡及熒光光譜儀對所得產(chǎn)物進行了結(jié)構(gòu)表征及熒光性能測

3、試。本論文主要有以下幾個方面的工作： 1．化學(xué)溶液法制備氧化鋅納米棒陣列以硝酸鋅和六次甲基四胺為主要原料，采用低溫化學(xué)溶液法在覆載有氧化鋅納米粒子膜的普通載玻片上制備出取向性好、規(guī)整致密的氧化鋅納米棒陣列。測試結(jié)果表明，氧化鋅納米棒為單晶，屬于六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，平均直徑約為120nm，長度為1.5μm左右，沿c軸擇優(yōu)取向生長。我們還討論氧化鋅納米棒陣列的生長機理。 2．化學(xué)溶液法制備氧化鋅納米管陣列采用低溫化學(xué)溶液法得到取

4、向性好的氧化鋅納米棒陣列，然后在原溶液中經(jīng)過至少2天的陳化過程，得到取向性好的致密的氧化鋅納米管陣列。測試結(jié)果表明，氧化鋅納米管的平均直徑約為200nm，管壁厚30nm左右。它也屬于六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，且沿c軸方向生長。另外我們還制備出了氧化鋅的納米管花狀束，同樣對其進行了表征，還探討了它們的生長機理。 3．對可能影響一維氧化鋅納米材料形貌的因素(如基底、水浴溫度)進行了研究。研究結(jié)果表明，只有在合適的溫度(70℃～80℃)下，在光

5、潔的基片表面(如光潔的硅片)才能得到形貌規(guī)整、直徑均勻、結(jié)構(gòu)致密的氧化鋅納米陣列。 4．對所制得的一維氧化鋅納米材料進行了熒光光譜測試。測試結(jié)果表明，氧化鋅有2個發(fā)射峰，一個是383nm左右的紫外發(fā)射峰，另一個是在530nm左右的綠光發(fā)射峰。實驗表明氧化鋅納米管和納米棒陣列的紫外發(fā)射峰很強，可見光發(fā)射峰相對較弱，有作為紫外激光發(fā)射器件的潛力。當(dāng)氧化鋅納米棒的取向性不好或者進行了硫元素摻雜時，可見光的發(fā)射強度會逐漸增強，我們還研究