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二氧化锡纳米结构的制备及其光学性能研究

王海镔  
【摘要】:纳米材料的合成、结构及应用研究是纳米科技领域中最富活力、研究内涵十分丰富的一个研究方向。由于其特殊的性质,纳米材料在理论研究上和潜在应用上来说都是目前的研究热点。SnO2是一种被广泛应用于光电子、微电子领域的重要功能材料,可以被应用于太阳能电池、透明导电电极、气敏传感器、晶体管等器件中。近年来,随着SnO2纳米结构如零维的纳米颗粒;一维的纳米线、纳米管、纳米带、纳米棒;二维的纳米薄膜等结构的相继问世。各国科学家对其结构及应用相继展开了一系列的研究工作,并在短时间内,取得了丰硕的研究成果。尽管如此,我们在一维SnO2纳米材料的合成、结构及应用研究方面仍面临众多挑战,例如,在现有的一维SnO2纳米发光机理、发光位置等方面还存在争议。立足于现有的实验条件和前人的研究成果,我们采用化学气相沉积法(CVD)制备了SnO2纳米线,溶剂热法制备了SnO2纳米粉体,并进一步研究了这些纳材料的形貌、性能、生长机制及发光机理。 首先我们运用气相输运法在常压及较低的温度(850℃)下,以高纯N2做载气,氧化锡与碳粉的混合物为源,在金为催化剂的硅衬底上制备了高质量的氧化锡纳米线,并对产物用电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman spectra)、X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)进行表征。测试分析结果表明:合成的二氧化锡纳米材料具有金红石结构,二氧化锡纳米材料的晶体生长方向大部分是沿晶体晶格的方向。该样品具有良好的光致发光特性,发光峰在540nm处。第一性原理计算表明所激发的黄光发射来自于锡空位(Vsn)。 溶剂热法中有机溶剂处于临界状态下,能够发生通常条件下无法实现的反应,并能生成具有介稳态结构的材料。为进一步研究氧化锡纳米结构,我们利用溶剂热法,以SnCl4·5H2O、乙二胺及油酸为原料,在反应釜中充分反应,将所得到的产物经过离心清洗、烘干、研磨、退火制得了Sn02纳米粉体。由XRD图谱的信息可知,随着退火温度的升高, SnO2晶粒尺寸会随之增加,当达到一定临界温度后有杂相出现。因此,退火温度的选取是一个非常重要的因素。


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