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ZnO晶须的制备、表征及应用研究

裴新美  
【摘要】: 本文系统地研究了ZnO晶须的控制合成、生长机理及性能。采用简单的气相反应方法,实现了ZnO晶须形态和尺度的控制生长,制备出形态规整、结构均匀的各种ZnO晶须:T-ZnO晶须、一维ZnO晶须和ZnO阵列。ZnO晶须可控生长的关键是控制成核和生长过程,而反应体系的工艺参数决定着成核和生长过程,最终控制ZnO晶须的形貌。 用SEM,TEM,HRTEM对ZnO晶须的形貌和结构进行了分析,结果表明,T-ZnO晶须的生长机理为气—固机理。ZnO晶须的生长模型为八面体孪晶核生长模型,即先通过均匀成核形成八面体孪晶核,然后在四个正(0001)面上优先生长四根针体形成T-ZnO晶须。TEM和HRTEM观察首次给出了八面体孪晶核生长模型的直接证据。沉积在Si基板上的ZnO纳米线和ZnO阵列首先通过非均匀成核,再通过VS生长机理沿[0001]方向择优生长。 在T-ZnO纳米晶须、ZnO纳米线和ZnO阵列室温光致发光谱中均观察到385nm的窄紫外发射峰和495nm处的宽绿光发射峰,紫外发射峰对应于近带边发射,绿光发射峰对应于深能级发射。三种ZnO材料中的紫外峰强度接近,但绿峰强度差别很大:纳米线中的最强,T-ZnO纳米晶须中的次之,ZnO阵列中的最低。绿峰强度的不同取决于其结构中不同浓度的单离子氧空位。将ZnO纳米线在空气中950℃热处理1小时后,绿峰强度大幅度下降,这证明与深能级发射有关的氧空位浓度在热处理后大大降低。通过调节ZnO结构中的氧空位多少,可对ZnO的发光特性进行调控。 在聚丙烯中加入T-ZnO晶须能降低复合材料的电阻率,复合材料导电性提高的机理可归结为网络导电、隧道效应及尖端放电等效应。同时,T-ZnO晶须具有三维立体增强效果,使PP的抗拉强度提高50%。


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