过渡族金属氧化物纳米线阵列的发光性质研究

摘要

近年来，由于一维纳米材料在电学、光学、磁学、力学和热学等方面展现出优异的特性，从而在纳米器件、传感器、激光器等方面具有广泛的应用前景而倍受关注；并且其作为凝聚态物理学低维物理体系中的一个分支取得了重大进展。纳米材料由于小尺寸效应使它具有常规大块材料不具备的光学性质。如光学非线性、光吸收、光反射、光传输过程中的能量损耗等都与纳米材料的尺寸有很强的依赖关系。例如：光纤在现代通信和光传输上占有极为重要的地位，纳米材料作为光纤材料可以降低光导纤维的传输损耗，大大地改善光传导的特性。过渡族氧化物纳米材料由于其半导体性质，磁性等各种特殊的性质，人们对它们的基础研究和新的可能应用前景给予了极大的关注。本论文的主要内容如下： 一、我们利用电化学方法，并在不同温度下烧结，在纳米级孔洞的阳极氧化多孔铝模板的柱形微孔内，成功地制备出高度有序的氧化锌纳米线阵列结构。进一步利用X射线衍射仪透射电子显微镜和扫描电子显微镜对这种米线阵列样品的晶相，形貌和结构进行了表征。同时，通过利用荧光分光光度计对样品光致发光性质的测量，发现了其与前人报道的光致发光性质迥异的结果，其中首次发现氧化锌纳米线在325 nm紫外光激发下于485 nm处出现非常尖锐的蓝色发光，这对于未来纳米激光器的研究和发展有重要意义。最后，对这些发光性质的不同给出了我们的解释。 二、利用电化学方法并伴随后续的烧结，在纳米级孔洞的阳极氧化多孔铝模板的柱形微孔内，成功地制备出高度有序的Co<,3>O<,4>纳米线阵列体系。进一步利用X射线衍射仪对这种米线阵列样品的晶相进行了表征。同时，通过利用荧光分光光度计对样品光致发光性质的测量，通过改变激发光波长观察发射谱的变化，发现了在这种测量条件下表现出不同行为的两种发射峰。进而在实验上利用氧化锌纳米线的光致发光性质进行比较及计算上利用第一原理计算方法进行模拟。最后，对这两种发光峰给出了我们的解释。这一工作的意义在于：找到一种方法通过调整紫外激发光的波长从而达到调制可见发射光波长，最终得到不同颜色激光的目的。这一发现对未来可变波长纳米激光器的研究和发展有着重要意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1纳米材料综述

1.1.1纳米科技的基本概念和内涵

1.1.2纳米材料的历史和现状

1.1.3纳米材料的几大效应

1.1.4纳米材料的制备方法与表面修饰

1.1.5纳米结构和纳米材料的应用

1.1.6纳米材料的发展趋势与展望

1.2论文研究背景及相关知识

1.2.1阳极氧化铝简介

1.2.2阳极氧化铝的形成机理

1.2.3阳极氧化铝的应用

1.2.4一维纳米材料介绍

References

第二章实验方法

2.1纳米线阵列的制备方法流程图

2.1.1研究思路

2.1.2实验原理、仪器和装置

2.1.3纳米线阵列的制备

2.2样品的表征方法

2.2.1透射电子显微镜和选区电子衍射

2.2.2纳米线阵列的晶体结构分析

2.2.3扫描电子显微镜

2.2.4荧光分光光度计

References

第三章氧化物纳米线发光性质研究

3.1 ZnO纳米线阵列的制备与发光性质研究

3.1.1 ZnO纳米线的形貌和晶体结构分析

3.1.2 ZnO纳米线的发光性质分析

References

3.2 Co3O4纳米线阵列的制备与发光性质研究

3.2.1 Co3O4纳米线的成分分析

3.2.2 Co3O4纳米线的光致发光分析

References

第四章结论与展望

在读期间发表的主要论文

致谢