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ZnO、ZnS纳米材料的制备和发光特性研究

胡俊涛  
【摘要】:目前,有关ZnO、ZnS低维纳米材料的研究已经成为国际上半导体材料研究领域的热点之一。虽然在短短的几年时间内,ZnO、ZnS低维纳米材料的研究已经取得了长足的进步。但仍应注意到,其纳米材料的可控合成依然是个有待解决的问题。实现对ZnO、ZnS低维纳米材料的生长、形貌、结构的人工控制,是其应用的前提和基础。围绕ZnO、ZnS低维纳米材料的可控合成及其物性研究,我们做了一系列的工作,主要可分为以下三个部分: 1、化学溶液沉积法制备ZnO纳米棒阵列及其发光特性的研究 通过调节两步反应溶液的PH值,制备出垂直于玻璃衬底表面生长的有序ZnO纳米棒阵列。摸索出其最佳生长的PH值范围是:第一步的PH值取11.2~11.7,第二步的PH值取5.8~6.1。 用负离子配位四面体生长模型分析了ZnO纳米棒的生长机理得知:在弱碱性条件下,ZnO晶体中正极轴方向和锥面的生长速度最快,容易消失,负极轴方向的生长速度最慢,容易显露,因而形成长柱状结构;而在强碱性条件下,各个晶面的生长速度差不多,因而形成的颗粒状晶体。为实现ZnO纳米结构的可控生长提供了理论依据。 将样品退火前后的光谱进行比较分析,发现其发光峰普遍增强,并且蓝峰蓝移(峰位由452nm左右移到430nm),橙红色发光峰红移(峰位由630nm左右移到720nm)。在退火6h后,样品的发射谱中橙色发光峰消失,而出现了一个505nm的绿峰。对发光机理进行了讨论,指出其蓝光可能来源于锌填隙缺陷能级到价带顶的跃迁,而绿光和橙红光可能来源于氧空位到价带项的跃迁。 2、气相输运法制备多种ZnO纳米结构及其发光研究 在空气或N_2/O_2混合气氛下生长出多种形貌的ZnO纳米线,直径约在50—1000nm之间,长度约为1—20μm。样品的XRD谱、扫描电镜像、透射电镜和选区电子衍射像,证明这些样品都是六方纤锌矿结构的ZnO单晶,生长方向为[001]方向。讨论了梳子状ZnO纳米有序结构的生长模型,指出其主干沿[2-1-10]方向生长,而梳齿沿[0001]方向生长。扩宽了对ZnO阵列体系的认识,加深了对


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