ZnO基纳米薄膜的制备与物理化学性质研究

【摘要】：纳米ZnO是重要的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料，由于颗粒实现超微粒子化，不仅晶相结构、电子结构与大块体材不同，其热学、电学、磁学和光学性质也表现出奇异性质，在光电转换、气敏传感器、光催化等领域有着重要的应用，并且产业化前景看好，成为目前最具有开发潜力的材料之一。而元素掺杂是改善材料性质的有效途经。因此，对氧化锌基纳米薄膜的制备与物理化学性质进行研究具有重要的意义。 本文以溶胶-凝胶法制备氧化锌基纳米粉体及薄膜，采用UV-Vis、TG-DTA、XRD、IR、AFM、EDS等手段对溶胶的稳定性、粉体和薄膜进行了系统的表征。详细研究了氧化锌基纳米薄膜在室温下对不同链长的醇类气体的气敏性质、不同气氛下热处理后薄膜的发光性质，同时对氧化锌及其掺杂粉体的光催化性能进行了初探性研究。薄膜气敏性研究表明，Ti的掺杂使ZnO膜电阻降低；Cu的掺杂使薄膜对正丙醇的选择性增高，可检测痕量(100 ppb)的正丙醇：Mn掺杂薄膜显示出很好的氨敏和湿敏性能。ZnO基薄膜的发光性质研究发现，氮气下热处理后的薄膜，蓝光发射得到了明显增强，而氢气下热处理后的薄膜，紫外发射显著增强；Tb的掺杂可以改变氧化锌的发光性质，氮气下热处理后，掺杂膜的荧光光谱由可见发光主峰变为紫外发光主峰。另外，纯ZnO粉体对水杨酸具有较好的光催化活性，而Ti的掺杂在310nm波长的光照下可显著提高其光催化活性。