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低维ZnO纳米结构的制备及其性能研究

于清江  
【摘要】: 低维ZnO纳米结构的可控合成,能够实现其性能调制,对其在未来光电子器件方面的应用有着极其重要的科学意义,正受到人们的高度关注,是纳米材料科学与技术领域中的研究热点之一。本论文主要对钇掺杂ZnO (ZnO:Y)纳米薄膜的制备规律与光学、电学特性,哑铃型ZnO微晶和ZnO纳米管束的合成规律与光致发光特性,以及ZnO纳米管束传感器的制作与气敏特性进行了研究,获得了一系列有意义的结果。 采用溶胶-凝胶法制备出透明导电的ZnO:Y纳米薄膜,研究了热处理条件和钇掺杂浓度对薄膜的结构、导电特性和在可见光区透光率的影响。薄膜在可见光区的平均透射率均超过80%;Y掺杂浓度为0.5at.%时所获得薄膜的电阻率最低,为6.75×10-3 ?·cm;Y掺杂能够调制ZnO纳米薄膜的禁带宽度。 采用一种无需矿物剂、表面活性剂、衬底或模板的液相法,在常压和相对较低温度的条件下制备出了哑铃型ZnO微晶和ZnO纳米管束。通过改变反应物浓度和反应时间,对其形貌和粒径实现了可控合成,并从晶体结构、晶体成核与生长的角度揭示了各自的生长机理。对其光致发光性质研究表明,通过退火处理,能够实现对其紫外发射和可见光发射强度的调制。 首次制作出ZnO纳米管束气敏传感器,研究了对乙醇蒸汽、NH3、H2、CO和CH4等气体的敏感特性。结果表明,对乙醇蒸汽的灵敏度最高,最佳工作温度为230℃,具有响应与恢复时间短、重复性好的特点。


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