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氧化锌纳米棒/管阵列的湿化学法制备与表征

王跃文  
【摘要】: 氧化锌作为一种重要的II-VI半导体材料,由于它在电学、光学、机械及声学等方面卓越的性能,已引起人们广泛的兴趣。氧化锌室温下禁带宽度为3.37eV,具有较大的激子束缚能(60meV),是一种关键性的技术材料。由于在基底上高度有序生长的ZnO纳米结构可制作短波激光器和Grartzel太阳能电池电极,近年来成为人们研究的热点。特别是最近ZnO纳米线(棒)在室温下光致紫外激光的发现,极大地推动了固体基底上制备高质量定向生长的ZnO纳米线(棒)的研究。 湿化学法由于其设备简单、操作容易、成本低及有利于大规模使用等特点,越来越受到人们的青睐。所以本课题就采用简单的湿化学法合成氧化锌纳米棒/管阵列。采用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、透射电镜及荧光光谱仪对所得产物进行了结构表征分析及光学性能测试。 主要有以下几个方面的工作: 1.以氧化锌溶胶为种子制备氧化锌纳米棒阵列 在低温水热条件下制备出取向性较好的氧化锌纳米棒阵列。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜及荧光分光光度计对产物进行了结构表征及性能测试。结果表明,所制备的氧化锌纳米棒为单晶,属于六方晶系,具有沿(002)晶面择优生长的特征。水热生长6 h后,其氧化锌纳米棒直径比较均一,大约为100 nm,长度大约为1μm;荧光测试结果表明,ZnO纳米棒阵列的光致发光峰拥有两个比较明显的峰,380 nm处的紫外发射峰,这是ZnO发光谱的重要特征,即紫外近带边发射峰,是由自由激子的跃迁造成的,另外,位于580 nm处还有一个较强的宽峰,发射峰与缺陷有关。 2.以热分解醋酸锌为种子制备氧化锌纳米管阵列 采用提拉法预先在硅基底上修饰醋酸锌薄膜,通过热分解得到氧化锌种子膜,采用硝酸锌和六亚甲基四胺为原料,在低温水热条件下制备出取向性较好的氧化锌纳米管阵列。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜及荧光分光光度计对产物进行了结构表征及性能测试。结果表明,氧化锌纳米管为单晶,属于六方晶系,具有沿(002)晶面择优生长的特征。水热生长6 h后,其直径比较均一,大约为200 nm,长度大约为1μm;荧光测试结果表明,ZnO薄膜的光致发光峰由380 nm处的紫外放光峰和580 nm处的可见光发射峰组成,其发射强度都比较强。 3.采用不同的种子膜制备氧化锌纳米棒阵列 (1)采用浸渍提拉法预先在硅基底上修饰一层二氧化钛薄膜,然后以硝酸锌和六亚甲基四胺为原料,在低温水热条件下制备出取向性较好的氧化锌纳米棒二维阵列。荧光测试结果表明,ZnO纳米棒阵列有较好的紫外和可见光发光性能。 (2)采用简单的液相沉积法在硅基体上预先修饰一层纳米银粒子,然后采用液相法合成了氧化锌纳米棒阵列,结果表明,所制的氧化锌纳米棒表面比较粗糙,外表面布满微小的颗粒。 (3)采用超声化学法成功制备氧化锌纳米棒阵列,结果表明,所制得的氧化锌纳米棒顶端为六方形,直径在50 nm,纳米棒的长度300 nm,氧化锌纳米棒表面比较光滑。


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