纳米ZnSe、CdSe、CuSe的合成及相关性质的研究

摘要

随着科技的发展，特别是半导体工艺技术的发展，人们对高效功能材料的需求越来越多。当然，对高效半导体材料的需求更为迫切。而且，量子点和纳米晶体已经发展到可以与玻尔激子半径比拟的长度，半导体纳米材料以其在电子学和光学方面的独特性能而倍受青睐。
　　 作为一种重要的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料(Eg=2.7eV)，硒化锌(ZnSe)在在太阳能电池，半导体光电子器件，光电探测器，全波显示，高密度存储器，生物标签以及湿敏传感器等方面得到广泛的应用。本文第一个在不加任何有机分散剂情况下，采用复合碱媒介法(CHM)制备出ZnSe纳米棒。用X射线衍射(XRD)，场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)，透射电子显微镜(TEM)对所合成的样品进行表征。硒化锌纳米棒的直径大约为200-300 nm，长度大约为1-2μm。将合成的硒化锌样品制成湿敏传感器，测量传感器的动态和静态湿敏效应。当相对湿度从20％增长到85％时，传感器的电阻变化有三个数量级，其反应时间和恢复时间分别为50s和81s。我们的传感器和已经报道的相比，不但有高的灵敏性，而且有非常好的稳定和可重复性。
　　 硒化镉(CdSe)同样作为一种重要的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料，已经发现在光发射器件，太阳能电池和光电探测器等方面有广泛的应用，最近几年还发现硒化镉材料有非常好的量子阱效应和气敏效应。本文采用CHM法直接合成单晶CdSe纳米颗粒和纳米棒，用XRD，EDS，SEM和TEM对合成的样品进行表征，我们对样品的形貌晶相进行研究，发现反应过程中随着水量的增加CdSe从颗粒状慢慢的长成棒状，同时，晶相由闪锌矿结构转变成纤锌矿结构。然后，用分光光度计对这两种晶相结构样品的光学性质进行研究，发现它们有同样的禁带宽度，而且，样品中存在晶格缺陷。最后，我们将这两种晶相结构的样品做成湿敏传感器，分别对样品的静态湿敏特性进行研究，发现他们都具超灵敏的湿敏特性，而且颗粒状的CdSe湿敏特性最好，当相对湿度从10％增长到90％，样品的电阻变化有三个数量。然后，对CdSe纳米颗粒的动态特性研究，当相对湿度从20％到90％时，电阻的反应时间和恢复时间分别为30s和50s，用CdSe做湿敏传感器，目前还没有人报道过，我们还是第一个。
　　 Cu2Se纳米半导体材料，广泛的应用于太阳能电池，超离子导体和光学滤波器等领域。采用一种新的合成技术，在复合氢氧化物熔融碱中，以CuCl2·2H2O和Se粉为原料在200℃、24h的生长条件下合成了Cu2Se纳米晶体，X射线衍射谱表明合成的Cu2Se纳米晶体属立方晶系结构，格点对称群为Fm(-3)m(225)，格点参数 a=5.765(A).扫描电子显微镜(SEM)图表明Cu2Se纳米晶体为厚度为10-20nm，宽度为200～300nm的片状结构。生长时加入少量的水会导致棒状非晶产生，水量越多棒状非晶的尺寸越大，使得Cu2Se晶体的均匀性和品质变差。根据配位多面体生长机理模型，计算了生长基元的稳定能，并探讨了在复合氢氧化物熔融中纳米Cu2Se晶体的形成机理。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1纳米材料的特性

1.1.1表面与界面效应

1.1.2小尺寸效应

1.1.3量子尺寸效应

1.1.4宏观量子隧道效应

1.1.5库仑阻塞与量子隧穿

1.2纳米材料的应用

1.2.1在光学材料方面的应用

1.2.2在催化方面的应用

1.2.3在环境治理方面的应用

1.2.4在能源材料方面的应用

1.2.5在传感器材料中的应用

1.2.6在陶瓷材料中的应用

1.2.7在其它方面的应用

1.3硒化物纳米材料的研究现状

1.3.1 ZnSe材料的研究现状及应用前景

1.3.2 CdSe材料的研究现在及其应用前景

1.3.3 Cu2Se材料的研究现状及应用前景

1.4纳米半导体材料的制备方法

1.4.1纳米半导体材料的制备要求

1.4.2纳米半导体材料的制备方法

1.5本文的研究内容及其创新点

2 CHM法制备ZnSe纳米棒及性质的研究

2.1引言

2.2 ZnSe纳米棒的制备

2.3 ZnSe纳米棒的表征

2.3.1 XRD图谱分析

2.3.2 SEM，TEM表征

2.4 ZnSe纳米棒的湿敏性质研究

2.4.1湿敏传感电极的制作及测试平台

2.4.2感湿电极的湿敏特性

2.4.3感湿电极湿敏机理分析

2.5本章小结

3 CHM法制备CdSe纳米晶体及性质的研究

3.1引言

3.2硒化镉纳米晶体的合成及表征

3.2.1实验过程

3.3 CdSe纳米晶体的表征

3.3.1 XRD图谱和结构分析

3.3.2样品的形貌分析

3.3.3 UV-vis光谱分析

3.4 CdSe纳米材料的性质研究

3.4.1湿敏特性的研究

3.4.2感湿电极湿敏机理分析

3.5本章小结

4 CHM法制备Cu2Se纳米晶体及性质的研究

4.1前言

4.2 Cu2Se纳米晶体的合成及表征

4.2.1实验过程

4.3 Cu2Se晶体的表征

4.3.1 XRD、SEM和TEM表征与分析

4.3.2 UV-vis吸收谱表征

4.4硒化亚铜生长机理的探讨

4.5本章小结

5总结和展望

5.1主要结论

5.2后续工作展望

致 谢

参考文献

附 录