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聚合物—氧化锌纳米复合材料的制备和发光性质研究

隋晓萌  
【摘要】: 半导体纳米材料由于其独特的光电特性受到人们的极大关注,其中ZnO是一种直接带隙的半导体材料,室温下能隙宽度为3.37 eV,激子束缚能高达60 meV,具有优良的物理和化学性质,是目前光电子研究领域的热点。但是对于纳米结构的ZnO来说,由于存在与表面缺陷相关可见光发射,阻碍了它在紫外发射器件上的应用。本文利用静电纺丝技术和微乳液法合成了聚合物-氧化锌纳米复合材料,实现了对ZnO光致发光的有效调控,具体研究内容如下: 1.利用溶胶-凝胶法和静电纺丝技术相结合成功的制备了聚氧化乙烯-氧化锌(PEO-ZnO)纳米复合纤维,利用多种手段对材料的形貌,结构和发光性质进行分析。由于PEO和ZnO之间存在着弱相互作用力,使PEO可以钝化ZnO表面的悬挂键,降低样品的与表面缺陷相关的可见发光强度。研究还发现纺丝电压对样品的发光性质影响很大,随着纺丝电压的升高,PEO与ZnO的接触面积增加,二者之间的相互作用力增强,导致样品的紫外发光效率明显提高,半高宽逐渐减小,从而实现对样品发光性质的调控。 2.利用溶胶-凝胶法和静电纺丝技术相结合制备了聚乙烯醇-氧化锌(PVA-ZnO)纳米复合纤维,利用多种表征手段对材料的结构信息,热稳定性和光致发光性质进行研究。结果表明,聚合物PVA和ZnO之间存在着的相互作用力可以对ZnO的表面进行修饰,增强其与表面态相关的可见光发射,PVA-ZnO纳米复合纤维(直径300 nm)的PL谱由三条覆盖了紫外和可见光区的谱带组成,该材料具有较强的白光发射特性。经过分析,给出了PVA-ZnO纳米复合纤维的发光机理解释。 3.利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)形成的微乳液作模板合成了具有六角纤锌矿结构的氧化锌六角柱,并对样品进行表征。经过对样品的结构和形貌的研究,给出了ZnO六角柱的形成机理。PVP分子吸附在ZnO六角柱的表面对其进行表面


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