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氧化锌纳米线的制备和光电性质的研究

崔瑞军  
【摘要】:氧化锌(ZnO)是一种重要的Ⅱ-Ⅳ族半导体化合物,具有直接宽带隙(3.37eV)、高激子束缚能(60meV)、良好的机电耦合性能和热稳定性、生物兼容性高、原料丰富、无毒无污染、价格低廉等优点。而一维的ZnO纳米材料在力学、光学、电学、磁学等方面具有比块体材料更加优异的性能,在光电、传感器、光伏、光催化、场发射等领域具有巨大的应用前景。ZnO具有六方纤锌矿晶体结构以及在c轴方向有较低的表面自由能,与其他一维材料相比,ZnO更容易形成一维纳米线,而且制备工艺相对简单,有利于制备器件并产业化。因此ZnO纳米线材料具有很大的潜在应用价值。本论文利用脉冲激光法(PLD)和气相沉积法(CVD)制备一维的ZnO纳米线,并研究了其制备工艺、光催化性能以及N掺杂。本论文主要从以下三个方面进行了研究:(1)研究了通过CVD法制备ZnO纳米线的工艺,通过大量的文献调研以及多次实验结果的对比和分析获得了最佳的制备ZnO纳米线的工艺,为后续的实验研究打下了良好的基础。(2)通过两步法在石英玻璃衬底上制备了ZnO纳米线/Al掺杂的ZnO/ITO (Nws/AZO/ITO)异质结光催化剂。为了作比较,我们同时也通过相同条件和方法制备了ZnO纳米线/Al掺杂的ZnO (Nws/AZO)光催化剂。通过一系列的测试研究了这两个样品的光催化性能。结果表明,和Nws/AZO相比,Nws/AZO/ITO具有增强的光催化性能,这是由于ITO层的引入使得光生电子被ITO层收集,抑制了光生电子空穴的复合,从而增强了Nws/AZO/ITO的光催化性能。(3)先通过脉冲激光沉积法(PLD)在高温氧化的Si衬底上制备了n型导电的Al掺杂的ZnO薄膜(AZO),然后通过气相沉积法(CVD)在AZO上制备了N元素掺杂ZnO纳米线,构建成了ZnO同质p-n结。并研究了器件的伏安特性曲线。


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