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半导体氧化锌的制备、光学及场发射特性的研究

崔庆月  
【摘要】: ZnO是一种重要的宽带隙半导体材料,纳米ZnO表现出与体材料明显不同的电学、磁学、光学、化学等性质,是目前纳米材料的研究热点之一。在本文中我们采用热蒸发法和水溶液法制备了不同形貌的氧化锌(ZnO)微米/纳米结构,同时对于ZnO微米/纳米结构在场发射、光学性质方面做了探讨。 本论文的主要内容及创新点如下: 1.利用热蒸发气相输运方法,通过适当改变实验条件,如温度、反应时间、气流、压强等等,我们得到了ZnO纳米棒、纳米锥等结构。分析了碳还原法和直接氧化法这两种方法的生长机理。 2.采用Zn(CH_3COO)_2·2H_2O溶液和浓氨水(25%),利用一种简单的水热法首次合成ZnO微米哑铃和微米棒链状结构。我们对实验条件与形貌之间的关系进行了定性分析。其中pH值、磁性搅拌时间及反应温度对该结构有很大影响。在pH值为ca.8,搅拌时间为30分钟时,我们才能得到微米哑铃。微米棒链状结构是通过二次生长得到,即把微米哑铃再放入浓氨水中,在120℃下反应10小时烘干而成。对这两种氧化锌结构进行了场发射性质的测试和分析。测试表明ZnO微米棒链状结构具有较好的场发射性能,场发射增强因子p估算为2194。 3.利用氢氧基双盐的层状特性,以Zn(CH_3COO)_2·2H_2O为原料,分两步法制备多孔的ZnO纳米带。提出了一个“两个阶段”的生长模型。通过在空气中煅烧醋酸锌纳米带我们得到ZnO多孔纳米带,并且通过XRD、SEM和TEM分析了醋酸锌和氧化锌纳米结构的微结构和形貌特征。我们利用红外谱对ZnO多孔纳米带的形成机理进行了详细的研究。研究了ZnO多孔纳米带的室温光致发光(PL),研究表明700℃下煅烧的ZnO多孔纳米带具很好的发光特性,在波长380nm处有一个为中心的紫外发射峰,并且I_(UV):I_(VS)为~28。由于具有好的发光特性,ZnO多孔纳米带有望在光电子方面得到很好的应用。


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