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ZnO花束状晶须及纳米棒的制备与形貌控制

刘长友  
【摘要】:ZnO是新一代宽禁带、直接带隙的多功能Ⅱ-Ⅵ族半导体材料。ZnO纳米材料在光电器件、表面声波和压电材料、场发射器件、传感器、紫外激光器、太阳电池等方面均具有广泛的应用前景。 本论文采用水热法,以Zn(NO_3)_2·6H_2O(或Zn)和N_2H_4·H_2O为原料,在不同的实验条件下成功地制备了不同结构形貌的ZnO纳米材料,包括纳米棒束、花状或柱状晶须、针状和多脚针状晶须以及ZnO晶须/纳米棒阵列等。以负离子配位多面体生长基元模型讨论了ZnO低维材料的形核和生长过程。研究结果表明:(1)XRD测试结果显示所制样品均为纤锌矿ZnO。(2)Na_2SeO_4氧化剂可以改变ZnO的形核过程,使所制ZnO为单个的棒状晶须体。(3)N_2H_4·H_2O在体系中起着碱性的作用、配体的作用和还原剂的作用。N_2H_4·H_2O浓度影响了前驱体溶液中Zn~(2+)离子的存在形式,导致体系均匀性发生变化,改变了晶体的生长环境,从而影响了ZnO的形貌。(4)反应温度和保温时间因实验条件不同对ZnO形貌影响略有不同。(5)有机溶剂分子对晶面具有屏蔽作用,而表面活性剂对ZnO形貌的影响,主要归因于表面活性剂改变了生长基元的存在形式、影响了形核过程和生长界面的性质。(6)ZnO样品荧光光谱测试表明纳米棒和晶须及阵列薄膜具有强的紫-紫外光发射峰和不同强度的蓝绿光发射峰。


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