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《华中师范大学》 2007年
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半导体ZnO和ZnS纳米结构的制备与表征

Kamal Mahir Sulieman Khalil  
【摘要】: 近年来,纳米材料的制备与表征研究引起人们极大的兴趣,特别是半导体纳米功能器件材料的研究。目前已经有关于半导体纳米结构合成的许多报道,特别是对于在室温下具有直接带隙宽度E_g=3.37 eV和E_g=3.68 eV的氧化锌和硫化锌半导体纳米材料。这是因为它们在短波长光发射器件方面有着广泛的应用前景。纳米结构材料可能在光发射二极管、纳米激光器、染料敏化太阳能电池、变阻器、光催化剂和气体传感器等方面都有着巨大的应用前景。当前,寻找半导体ZnO和ZnS新的纳米结构,性质和应用的研究仍然是材料科学研究领域的重点研究方向。 本论文中,应用化学气相沉积方法制备了几种ZnO和ZnS纳米新结构,并基于实验结果提出了得到这几种新纳米结构的生长机制。主要包含如下5方面的内容: 1、以ZnO和Zn混合为原材料,应用化学气相沉积技术在Si(111)基底上,得到了中空开口的ZnO/Zn和实心的Zn/ZnO单晶微球。ZnO/Zn微球为中空结构,球壳有一开口沿着纤锌矿结构ZnO的C-轴方向,并开口方向(ZnO C-轴方向)垂直于基底表面。Zn/ZnO微球为实心的结构。微球的生长包括Zn和ZnO粒子的沉积和Zn粒子蒸发两个过程。ZnO球壳的开口是由于Zn粒子的膨胀和蒸发引起的。微球的几何结构和化学成分以及晶体结构分别用X射线衍射(XRD),电子能谱(EDS),场发射扫描电子显微镜(FESEM),透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)进行了表征。室温荧光光谱应用325 nm He-Cd激光光源作为激发光源进行了考察。 2、以ZnS粉末作为原材料,Si片作为基底,1100℃左右得到了三齿类羽毛状的ZnO纳米结构。样品的几何形状表现为一根主干和沿着主干三个对称方向上有纳米齿状阵列。研究发现,主干沿着[01(?)0]方向生长,纳米齿阵列沿着主干对称的[0001],[000(?)]和[2(?)0]三个方向生长。 3、应用热蒸发技术,无催化剂条件下得到了纤锌矿结构ZnO/ZnS核-壳结构纳米线。ZnO/ZnS核-壳结构纳米线长度达到几十微米,纳米线的底部直径有1微米左右,顶部50纳米左右,纳米线顶部ZnO核的大小30纳米左右。高分辨率透射电子显微镜清晰地显示了ZnO/ZnS核-壳结构纳米线界面。荧光光谱结果显示样品有两个发射峰分别在400和410 nm。 4、以ZnS粉末作为原材料,多孔氧化铝模板作为基底,Au作为催化剂,应用热蒸发技术得到了ZnS纳米线和纳米棒。解释了样品形成的物理过程。实验结果显示,催化剂的多少在ZnS纳米结构的形成中有重要作用。室温荧光光谱结果表明样品在513nm处有强烈的发射。 5、无催化剂条件下,应用化学气相沉积方法得到了单晶纤锌矿结构ZnS纳米带。选区电子衍射和能量损失X射线谱表明,样品为单晶ZnS结构。室温荧光光谱结果表明样品分别在340,410和510 nm处有三个宽发射峰。
【学位授予单位】:华中师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN304.05;O472

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