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模板法制备氧化锌纳米线及其微结构研究

张利宁  
【摘要】:氧化锌(ZnO)是直接带隙宽禁带(E_g=3.37eV)半导体材料,它的生长温度较低,化学性质稳定,具有大的激子束缚能(~60meV),可实现室温下的紫外受激辐射,在紫外发射器件、紫外激光器件等领域具有广阔的应用前景。一维氧化锌纳米线因其优异的光学、电学等特性,引起了越来越多的关注。近年来,多孔氧化铝由于具有纳米级的孔径、尺寸可调等独特的优点,成为合成纳米材料的一种常用模板,以多孔氧化铝为模板,已经制备出了纳米量级的纤维、纳米棒、金属管、半导体等新型材料。 本工作首先制备了优良的多孔氧化铝有序孔洞阵列;以其为模板,采用直流和交流电化学沉积的方法,在其规则排列的孔中沉积得到锌的纳米线;然后将其在高温下氧化,得到氧化锌的纳米线。利用x射线衍射光谱、扫描电子显微镜等手段研究了它们的微结构性质。 报告的第一章是前言部分。主要讲述了氧化锌材料的性质、制备方法和多孔氧化铝模板合成纳米材料的研究进展。第二章介绍了多孔氧化铝模板的制备及其形貌结构表征。采用阳极氧化法分别在草酸、硫酸电解液中制备了多孔氧化铝膜有序孔洞列阵,利用扫描电镜观察了它们的表面和侧面形貌。交流电化学沉积所用模板的氧化时间为5h。由于用作直流电化学沉积的模板要求具有一定的厚度,方可进行后期操作,所以模板氧化时间均为10h,厚度可达100μm左右。用在直流电化学沉积中的模板,需要将多孔氧化铝膜从铝基体上剥离下来,去除阻挡层,在一面蒸镀电极,然后用三极直流电镀的方法进行电化学沉积。 第三章主要讲述了锌和氧化锌纳米线的制备、形貌和结构表征。利用扫描电镜对锌纳米线的表面形貌进行了表征,发现锌纳米线根植于多孔氧化铝的孔洞中,直径和模板孔径相当。然后将锌纳米线在大气中加热,使其氧化成为氧化锌纳米线。X射线衍射谱测量表明,用电化学沉积方法得到的锌和氧化锌纳米线均为多晶结构,并且发现随着模板孔径的增大和电沉积时间的延长,锌纳米线的x射线衍射谱强度明显增强。测量了多孔氧化铝厚膜和


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