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ZnS和ZnO纳米材料的低温液相制备和形成机理研究

柴兰兰  
【摘要】: 目前,有关ZnS、ZnO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。在短短的几年时间内,ZnS、ZnO纳米材料的研究已经取得了长足的进步。对ZnS、ZnO纳米材料的制备大体可分为物理法和化学法两类,其中基于溶液的化学合成方法由于操作简单、不需要贵重仪器、价格低廉等优点受到纳米材料制备领域的青睐,但由于反应物在溶液中反应过程复杂,所以反应结果不易控制,反应机制仍待明确。 本文选择ZnS、ZnO纳米体系为研究对象,侧重于ZnS、ZnO纳米材料的低温液相化学制备,并通过调控反应条件来控制产物的形貌。同时,溶液相中的这些无机晶体的生长过程和形成机理也是研究的重点。 本论文的主要研究内容包括以下四个部分: 1.丰富和发展了溶剂热反应技术,利用水合肼作为溶剂,在温和简单的条件下,制备出均匀一致的纤锌矿ZnS一维有序纳米结构:纳米线束和纳米棒束。在所制得的一维有序纳米结构中,纳米线或纳米棒生长方向一致,都沿着[001]方向生长。在实验中可以通过调节水合肼和蒸馏水的体积比,实现产物物相和形貌的控制合成。在考察实验条件对产物物相和形貌影响的基础上,探讨了溶剂的作用和产物的形成机理。同时研究了产物的紫外吸收和光致发光性能。该反应体系可以推广到纤锌矿ZnS其他纳米结构以及其他物质一维有序纳米结构的制备方面。并且该工作对于选择合适的溶剂实现Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米材料物相和形貌的控制合成方面具有一定的指导意义。 2.采用简单的水热方法制备出了一种新颖的ZnS自包裹核壳结构。探讨了自包裹核壳结构的生成过程,提出了可能的形成机理。并对产物的光致发光性能作了研究。该工作对于其他物质自包裹核壳结构的制备具有一定的借鉴意义。 3.发展了一种温和的室温化学液相法,制备出了一系列ZnO分级结构。通过调节反应时间和(或者)加入NaOH的量,控制合成了复杂花状分级结构、矩形状分级结构、球状分级结构和花状分级结构。以复杂花状分级结构为例,对分级结构的形成机理以及产物随反应时间变化的原因作了较详细地探讨。同时研究了产物的光致发光性能和拉曼光谱。该反应体系可以推广到ZnO其他特殊纳米结构以及其他物质纳米结构的室温大规模制备方面。 4.采用简单水热方法制备出了一种新颖的ZnO三维纳米棒簇。这种结构是由几排纳米棒束组成的,纳米棒束中的组成基元纳米棒互相平行排列,因此不同于组成基元由中心向外发散的ZnO三维纳米结构。探讨了反应体系中的关键因素和产物的形成机理。同时研究了产物的光致发光性能。


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