收藏本站
《山东大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

锌基氧(硫)化锌微纳米结构的合成、表征、光电性质及生长机理研究

黄林勇  
【摘要】:氧化锌作为第三代最重要的新型宽禁带半导体材料之一,除了以其优异的物理化学性能在光电子领域具有广阔的应用前景以外,由于还拥有压电、非线性、稀磁性等独特性质,为人们开辟新的研究领域如压电电子学、自旋电子学提供了一个理想的素材。与其它两种第三代新型宽禁带半导体材料碳化硅和氮化镓相比,氧化锌具有资源丰富、环境友好、价格低廉、化学和热稳定性好(在高温下与空气不会发生反应)、抗辐照损伤能力强、易于湿化学刻蚀等优点。因此,从纳米结构的制备到体块单晶的生长,一直是材料科学与工程发展的前沿领域和研究热点。 纳米结构尤其是一维纳米结构因为其在理解基本的物理概念以及在纳米电子学和纳米光电子学中有着潜在的价值和应用而引起人们广泛关注。比如它们是研究材料的电学输运性质、光学性质以及力学性质与材料的尺寸及维度之间的关系的理想体系,并最终在制作用于光互连和实现其它功能的纳米电子或光电子器件中发挥重要的作用。氧化锌由于其极性生长特性,在制备一维纳米结构方面有着得天独厚的优势。在过去的十几年中,人们开发出各种不同的技术和方法来制备氧化锌纳米结构。总的来说,按照制备过程中的反应介质的状态可以将这些方法分为两大类:基于溶液反应的液相法和基于气相反应的气相法。通常采用的气相法有:激光脉冲沉积法、化学气相沉积法、化学输运法、热蒸发法等、金属有机化学气相沉积法、碳热还原法。气相法的优点是能生长几乎所有的无机纳米材料和纳米结构,其缺点是显而易见的,那就是需要在较高的温度下进行并且对设备的要求较高,并难以大批量制备。液相法提供了一种更灵活的工艺和成本较低的选择。液相法中,氧(硫)化锌纳米结构的生长主要由极性晶体的生长习性所决定。然而,普通的液相法对纳米结构的形貌控制较难,并且很难将特定结构的纳米材料长在器件制备所需的衬底上。因此,探索新的水热体系在导电的衬底上制备出尺寸均一,形貌匀净的氧(硫)化锌纳米结构及其阵列,并对它们的结构和性质进行研究,不但具有重要的理论意义,而且在推动氧(硫)化锌纳米结构在电子、光电子和能源等技术领域的应用方面具有重大的应用价值。 在对大尺寸氧化锌单晶生长的研究方面,人们也发展出了各种方法如化学气相输运、高温熔体法、熔盐法等。但是比较而言,都没有像水热法那样能形成规模化生产的优势。目前,采用水热法,人们已经能生长出尺寸达3英寸的氧化锌单晶。而对采用水热法生长氧化锌单晶的机理研究,只是停留在以碱为矿化剂的实验和理论研究方面。基于以碱为矿化剂,人们认为氧化锌晶体的生长基元为Zn(OH)42-,并综合在生长其它各种晶体中观察到的现象提出“配位多面体生长基元理论”。虽然结合该理论并通过对晶体生长基元稳定能的计算,人们能对氧化锌晶体生长的形貌进行预测。但是对在纳米领域出现的尤其是采用溶液法合成各种氧化锌纳米晶过程中,各种离子或分子对氧化锌晶体生长形貌的影响,还不能做出令人满意的解释。因此研究不同阴离子或分子,即各种不同配体对氧化锌晶体生长及形貌的影响无疑将对水热法生长氧化锌晶体的研究具有极大的推动作用。 氧化锌(ZnO)是典型的极性晶体,对它的研究具有代表性并可延伸到其它极性晶体中,因此本论文把氧化锌作为研究对象,通过一种简单的水热体系,实现了在金属锌衬底上氧化锌纳米棒阵列的制备;通过电学测试及光谱方法,对其性质和缺陷进行了分析;通过使用不同的矿化剂,研究了锌离子与不同配体之间形成各种锌离子络合物对氧化锌微晶生长的影响机制;在此基础上探索采用新的矿化剂,在中低温水热条件下实现了氧化锌微晶的生长;同时,通过各种显微表征手段对氧化锌微晶的生长机理进行了研究。本论文主要包括以下几方面的工作: 1)锌基氧化锌纳米结构的水热合成、表征及光电性质研究。 采用水热法制备了锌基氧化锌纳米结构并对它们晶相和显微结构进行了系统的表征。研究了锌基氧化锌复合结构沿着氧化锌纳米晶生长方向上的电学性质及其光学性质,并结合氧化锌纳米晶中可能存在的缺陷对实验现象产生的原因进行了深入的分析。 2)锌基硫化锌微纳米结构的溶剂热合成、表征及光学性质研究。 采用溶剂热法制备了锌基硫化锌微纳米结构,对其晶相和显微形貌进行了表征;并对锌基硫化锌微纳米结构的紫外可见吸收光谱及硫化锌微纳米结构形成的化学反应机理进行了深入的探讨。 3)不同配体对水热条件下氧化锌微晶生长及形貌的影响。 以金属锌片为锌源,通过引入不同的矿化剂,制备出各种形貌的氧化锌微纳米结构;阐述了氧化锌微纳米结构形成的化学反应机理;揭示了反应过程中锌离子与不同阴离子之间竞争络合的规律。 4)锌基氧(硫)化锌微纳米结构的化学反应及生长机理研究。 进一步从配体的半径和鲍林电负性的角度研究了锌离子与不同配体之间的络合规律及锌基氧(硫)化锌微纳米结构合成和生长的机理。提出并初步实现了以NaCl为矿化剂(或混合的氯化物)在中低温水热条件下氧化锌单晶的生长。采用原子力显微镜对在该条件下生长的氧化锌微晶进行了表征。 综上所述,本论文采用一种简单的水热及溶剂热法成功地在金属锌片上制备尺寸均一和形貌匀净的氧(硫)化锌纳米结构阵列,并对它们的形貌和性质进行了研究。尤其对锌基氧化锌纳米棒中的缺陷对锌基氧化锌纳米棒阵列的电学性质和光学性质的影响进行了深入的分析。在此基础上,采用不同的矿化剂,在金属锌片上制备出结晶性良好、形貌各异的氧(硫)化锌微纳米结构。从锌离子的物理化学性质出发,根据阴离子或分子配体与锌离子的半径比及相对锌原子的电负性差,探讨了锌离子与各种不同配体之间的络合规律。通过考查锌离子与引入的阴离子或分子之间的络合机制,研究了矿化剂对氧(硫)化锌微晶生长的影响,实现了氧(硫)化锌微晶及纳米阵列的可控制备。采用新的矿化剂,初步探索了中低温水热条件下氧化锌微晶的生长和块状晶体生长的可行性。为进一步研究各种氧化锌纳米结构器件如太阳能电池、化学生物传感器以及在中低温水热条件下生长大尺寸的氧化锌单晶提供了基础。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB383.1

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 陈友存,张元广;Co_3O_4纳米棒的溶剂热合成及形成机理分析[J];化学物理学报;2004年04期
2 ;Growth habit of polar crystals[J];Chinese Science Bulletin;2000年18期
3 李克艳;薛冬峰;;电负性概念的新拓展[J];科学通报;2008年20期
4 钱逸泰,谢毅,唐凯斌;非氧化物纳米材料的溶剂热合成[J];中国科学院院刊;2001年01期
5 吴莉莉;邹科;赵金博;石元昌;吴佑实;;纳米ZnO的形态控制及其发光性能[J];人工晶体学报;2009年03期
6 黄林勇;刘宏;刘铎;张素芳;王继扬;胡陈果;;以NH_4Cl为矿化剂水热合成ZnO自组装微纳米结构[J];人工晶体学报;2010年03期
7 仲维卓,罗豪甦,华素坤;若干晶体中氧八面体结晶方位与晶体形貌[J];无机材料学报;1995年03期
8 弓创周,纪烈孔,陈福广;热压多晶用硫化锌研究[J];无机盐工业;2003年03期
9 陈治明;;宽禁带电力电子器件研发新进展[J];机械制造与自动化;2005年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 尹利君;高质量氧化锌晶体的水热法合成及其光电性能研究[D];武汉理工大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宋皖英;;物理化学概念教学的探讨[J];合肥师范学院学报;2009年06期
2 马云龙;;连退机组生产冷轧硅钢表面氧化控制研究[J];鞍钢技术;2012年01期
3 梁平;曹铃;宋学萍;程晓敏;孙兆奇;;Ag-聚酯复合薄膜的微结构与光学性能研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年02期
4 吴珊珊;程晓敏;汪乐春;唐根;;聚丙烯膜表面光接枝MBA的合成及研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年05期
5 宋学萍;黄飞;吕建国;孙兆奇;;射频磁控溅射制备SiO_2薄膜及性能表征[J];安徽大学学报(自然科学版);2010年06期
6 宫晨利,周天健;用广义键合模型分析液固界面的平衡结构[J];安徽工学院学报;1995年03期
7 王志强,曹明礼,龚安华,苏青青;相变储热材料的种类、应用及展望[J];安徽化工;2005年02期
8 吴世彪;;Origin软件在溶液表面张力实验数据处理中的应用[J];安徽化工;2008年06期
9 安志环;陈天虎;彭书传;;胭脂红阴离子插层Mg/Al-LDH晶体结构的研究[J];安徽化工;2011年01期
10 尹红娜;伍季;刘红伟;;动物血液中SAL残留快速检测新方法[J];安徽农业科学;2007年36期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 金学平;吴俊;王龙彪;黄清安;莫少波;杨业智;王银平;;含稀土的镍基合金上析氢电催化行为[A];2001年全国电子电镀年会论文集[C];2001年
2 牛振江;孙雅峰;叶青;李则林;杜小光;杨防祖;姚士冰;周绍民;;电流密度和添加剂条件对甲基磺酸体系锡镀层织构的影响[A];2004中国电子制造技术论坛——电子整机无铅化焊接技术学术研讨会论文集[C];2004年
3 易君明;;铁基体化学沉积镍铜合金工艺[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
4 牛振江;杜小光;孙雅峰;叶青;李则林;杨防祖;姚士冰;周绍民;;电流密度和添加剂条件对甲基磺酸体系锡镀层织构的影响[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
5 张炜;成旦红;郁祖湛;Werner Jillek;;SnAgCu钎料焊点的电化学迁移研究[A];2007(第13届)全国电子电镀学术年会暨绿色电子制造技术论坛论文集[C];2007年
6 李国东;杜启云;王薇;任连娟;刁波;;PDMAEMA/PSF中空纤维复合纳滤膜的截留性能与预涂膜中聚电解质分子的构象[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年
7 文玉梅;张敏;李平;文静;王科;;LED光致/电致发光的p-n结温度差异及其对光电特性的影响[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
8 贺小刚;杨喜平;夏萍;张玉军;;纳米固体超强酸SO_4~(2-)/TiO_2催化合成尼泊金异丁酯[A];中国化学会第十二届全国应用化学年会论文集[C];2011年
9 臧合英;李华岑;韩立;徐银凤;周红霞;班付国;;烟酸诺氟沙星和乳酸诺氟沙星的荧光特性研究及应用[A];中国畜牧兽医学会动物药品学分会第四届全国会员代表大会暨2011学术年会论文集[C];2011年
10 郭同兵;;化学危险品事故泄漏模型研究[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(3)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王桂芳;铝柱撑蒙脱石的制备、结构及其吸附性能研究[D];山东科技大学;2010年
2 于晓冬;碳纳米管的悬浮及其对抗生素类药物的吸附机理研究[D];中国海洋大学;2010年
3 杨爱玲;单个油气包裹体检测技术及应用[D];中国海洋大学;2010年
4 高传慧;碱式硫酸镁晶须的合成及表面改性研究[D];中国海洋大学;2010年
5 李泉;四种环境激素类物质在海洋沉积物上的吸附行为研究[D];中国海洋大学;2010年
6 任春艳;中国东海和黄海中一氧化碳的生物地球化学研究[D];中国海洋大学;2010年
7 陈向东;有机太阳能电池中的光物理过程研究[D];合肥工业大学;2010年
8 熊思江;污泥热解制取富氢燃气实验及机理研究[D];华中科技大学;2010年
9 燕保荣;电磁波与低维固体表面等离体子相互作用的研究[D];华中科技大学;2010年
10 莫光权;功能化碳纳米管材料在微生物燃料电池中的应用研究[D];华南理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 段雅庆;芦笋中黄酮和多糖的复合提取及其抗氧化活性研究[D];华中农业大学;2010年
2 杨卫海;分子印迹聚合物、量子点及其复合微球的制备[D];华中农业大学;2010年
3 唐京禧;农业废弃物热解特性的研究[D];华中农业大学;2010年
4 刘勇;芳香炔醇的合成及其与硝基爆炸物的荧光猝灭效应研究[D];中国工程物理研究院;2010年
5 朱利文;常压酸化法制备无水硫酸钙晶须工艺研究[D];山东科技大学;2010年
6 赵晓宏;Cr~(4+):YAG晶体的生长与缺陷分析[D];长春理工大学;2010年
7 郭传华;溶剂热技术合成硫化铁和硫化镍纳米粉体[D];辽宁师范大学;2010年
8 易敏;钨酸盐基荧光粉的制备及性能研究[D];广西师范学院;2010年
9 王正凯;YVO_4:Eu~(3+)纳米荧光粉核/壳结构的制备与性能研究[D];浙江理工大学;2010年
10 陈晓英;喜树碱与生物大分子相互作用的光谱研究[D];郑州大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 巩锋,臧竞存,杨敏飞;半导体ZnO晶体生长及其性能研究进展[J];材料导报;2003年02期
2 李春明,刘会冲,徐华芯;纳米ZnO材料的制备与应用研究进展[J];材料导报;2003年05期
3 王卿璞,张德恒,薛忠营,陈寿花,马洪磊;射频磁控溅射法制备ZnO薄膜的发光特性[J];发光学报;2003年01期
4 韦志仁,董国义,王立明,李志强,张华伟;矿化剂浓度和温度对水热法合成氧化锌晶体形态的影响[J];发光学报;2003年04期
5 郭常新,傅竹西,施朝淑;阴极射线激发下ZnO薄膜室温紫外发光的超线性增长规律[J];发光学报;1998年03期
6 李亚栋,李成韦,李龙泉,钱逸泰;γ-MnO_2纳米晶的水热合成及表征[J];高等学校化学学报;1997年09期
7 井立强,郑莹光,徐自力,董凤霞,孙晓君,蔡伟民,徐英凯;ZnO超微粒子的EPR特性和光催化性能[J];高等学校化学学报;2001年11期
8 彭银;鲍玲;;ZnO纳米环的可控合成[J];高等学校化学学报;2008年01期
9 修向前,张荣,徐晓峰,俞慧强,陈丽星,施毅,郑有炓;溶胶-凝胶法制备ZnO基稀释磁性半导体薄膜[J];高技术通讯;2003年03期
10 贺洪波,范正修,姚振钰;多种基底上溅射沉积ZnO薄膜的结构[J];功能材料与器件学报;1999年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 林煜;姜琦斐;;铝片衬底上氧化锌纳米结构的水热合成[J];华侨大学学报(自然科学版);2011年04期
2 何继燕;项金钟;方静华;吴兴惠;;纳米结构氧化锌的制备及其应用研究进展[J];云南大学学报(自然科学版);2006年S1期
3 许磊;廖蕾;李金钗;王多发;卢红兵;;ZnO多枝纳米棒水热法生长及其光学性质[J];武汉大学学报(理学版);2006年03期
4 冯怡;袁忠勇;;ZnO纳米结构制备及其器件研究[J];中国科技论文在线;2009年03期
5 李来强;王树林;韩光强;陈星建;;气-固反应法制备纳米结构氧化锌及其生长机制[J];机械工程材料;2010年08期
6 艾飞;谭劲;李飞;包鲁明;钟爱华;陈圣昌;;多种ZnO纳米结构和ZnO/ZnS核壳结构的制备[J];液晶与显示;2010年01期
7 李莉;张祖德;;有机溶剂法合成PbSe纳米立方块及其光学性质研究(英文)[J];中国科学技术大学学报;2008年06期
8 齐俊杰;杨亚;廖庆亮;黄运华;刘娟;张跃;;铟掺杂氧化锌-氧化硅纳米电缆芯-壳异质结构的制备及表征(英文)[J];物理化学学报;2009年09期
9 贾曦;刘爱萍;刘洋溢;王君伟;唐为华;;SnO_2微纳米材料的合成及其生长机理研究[J];物理学报;2009年04期
10 戴闻;形形色色的氧化锌纳米结构[J];物理;2004年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈泉水;郑举功;罗太安;刘晓东;;离子液体中氧化锌纳米结构的合成[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(6)[C];2007年
2 章定恒;刘金凤;岳爽;何静;王连英;;层状双金属氢氧化物热分解法制备一维ZnO纳米材料[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
3 唐孝生;林岳;曾杰;王晓平;;花状纳米氧化锌颗粒的制备及其光学性能研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(1)[C];2007年
4 杨合情;张丽惠;李丽;焦华;谢晓丽;马军虎;;氧化物、硒化物纳米结构的可控水热合成与生长机理[A];中国化学会第十二届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2009年
5 马正先;;几种典型的氧化锌纳米结构[A];第十三届全国粉体工程及矿产资源高效开发利用研讨会论文专辑[C];2007年
6 张玉刚;张立德;;ZnO复杂纳米结构的分级控制生长和性能调控[A];中国颗粒学会超微颗粒专业委员会第五届年会暨海峡两岸纳米颗粒学术研讨会论文集[C];2007年
7 黄在银;谭学才;袁爱群;吴健;周泽广;柴春芳;;氧化锌纳米结构的室温合成与生长机理[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(下)[C];2006年
8 宋玉哲;陈昊;刘国汉;韩根亮;徐进章;李工农;;ZnO纳米棒阵列的水热法制备及其光学性质[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
9 贾薇娜;贾博祥;曲凤玉;武祥;;形貌可控的硫化锌纳米结构自组装及其黄光发射和疏水性质[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
10 杨合情;李丽;张丽惠;王新悦;马军虎;;不同微结构氧化锌、硫化锌和硒化锌的可控合成及其光催化性能[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 周清春;第四次科技浪潮由纳米开始[N];中国矿业报;2005年
2 记者 戴恩国 高显洲 通讯员 丁义浩;纳米结构合金钢在东大成功问世[N];中国冶金报;2006年
3 晓荪;蓝宝石衬底氧化锌二极管室温电致发光技术通过验收[N];吉林日报;2006年
4 杨晓婵;日公司开发出氧化锌系靶材[N];中国有色金属报;2005年
5 记者 张建平 通讯员 宋玉宁 张现民 李更雷;高邑氧化锌产业“聚变”升级[N];河北经济日报;2010年
6 记者 刘霞;英研制新一代纳米化学反应器[N];科技日报;2008年
7 通讯员 姚旭东唐宏彬;成县利用工业废渣办项目[N];陇南日报;2008年
8 章迪思;上海“纳米军团”领衔三大国家项目[N];解放日报;2007年
9 记者 王彬;张万喜:科研要有市场观[N];协商新报;2007年
10 王立;纳米信息技术市场前景广阔[N];中国知识产权报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 黄林勇;锌基氧(硫)化锌微纳米结构的合成、表征、光电性质及生长机理研究[D];山东大学;2010年
2 王君礼;金属磷化物纳米结构的设计合成与形成机理[D];中国科学技术大学;2010年
3 郁可;基于纳米结构的场致电子发射研究[D];华东师范大学;2004年
4 田玉;氧化锌微/纳米结构的控制合成及其生长机理研究[D];武汉大学;2010年
5 李红星;几种形貌可控半导体纳米材料的合成及其光电性质研究[D];湖南大学;2010年
6 朱雨富;氧化锌与金属硫化物半导体微纳结构的制备、表征及应用[D];上海交通大学;2009年
7 宋小梅;纳米结构TiO_2光电复合薄膜的协同效应[D];浙江大学;2010年
8 曹玉萍;GaN材料的制备、性能及生长机理研究[D];山东师范大学;2010年
9 蒋蓉蓉;纳米结构二氧化锰的制备及其作为电化学电容器电极材料的研究[D];复旦大学;2010年
10 李强;ZnO、MnO_2、氧化硅纳米结构的合成及其物理化学性能研究[D];合肥工业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 丁梦;氧化锌纳米结构的制备、物性及器件研究[D];吉林大学;2009年
2 李娇;氧化锌纳米结构与薄膜的制备及光学特性研究[D];大连理工大学;2008年
3 乔双双;氧化锌纳米结构的制备及性能表征[D];大连理工大学;2009年
4 魏峰;水热法合成Ⅱ-Ⅵ族氧硫化物的纳米结构及其光学性能研究[D];青岛科技大学;2005年
5 申加兵;Au催化ZnO纳米结构的制备与研究[D];山东师范大学;2009年
6 肖婷蔓;大尺寸氧化锌晶体的制备及生长机理[D];昆明理工大学;2006年
7 贺冠南;ZnO纳米结构的溶液法合成及生长机理研究[D];厦门大学;2009年
8 王华;以聚酰胺—胺(PAMAM)树形大分子为模板制备氧化锌[D];哈尔滨工程大学;2007年
9 尚德建;CuO纳米结构的制备与表征[D];华东师范大学;2009年
10 王建波;Si基ZnO纳米结构制备及其生长机理研究[D];山东师范大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026