水热法制备氧化锌纳米结构及其表征

摘要

氧化锌(ZnO)是Ⅱ-Ⅵ族的宽禁带半导体氧化物材料，禁带宽度是3.37eV，室温下它有较高的激子束缚能，可达60meV。由于其优良的光电、压电、热电、催化等优良特性，氧化锌在LED、液晶显示器、太阳能电池、气敏元件、压敏电阻、表面声波器件等领域具有广阔的应用前景。目前，已有许多研究者成功研制出多种氧化锌纳米结构。这些多种多样的结构在制备光电器件中发挥重要作用。制备氧化锌的方法有很多，因此生长氧化锌的关键，在于对其形貌的可控生长。本论文主要研究氧化锌纳米棒的水热法可控性生长。在诸多制备方法中，水热法由于其设备简单，生长温度低，生长氧化锌的形貌和尺寸可控，原材料制备简单，生产成本低，在实验室制备氧化锌薄膜得到广泛发展。 本论文主要采用水热法生长形貌一致、高度取向的氧化锌纳米棒，并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光致发光谱(PL)等技术对样品进行表征。主要内容如下:首先，在Si衬底上制备氧化锌，其为纳米棒结构。其平均长度为5μm，直径为400nm左右。XRD结果表明其结晶质量良好，取向性一致，PL谱显示出其优异的光学特性。并讨论了水热生长的原理。然后，在FTO衬底上制备取向良好的氧化锌纳米锥。 SEM表征图可看出氧化锌纳米锥的取向一致，平均长度大约为6μm。 XRD测试结果同样表现出良好的结晶质量，光致发光谱也显示出良好的光学特性。最后，采用一步水热法直接在FTO衬底上制备氧化锌纳米棒，SEM结果显示其平均长度仅为3-4μm，平均直径也很细。本论文中还讨论了应用PEI和氨水抑制同相成核的原理。

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1．1 ZnO的基本性质

1．1．1 ZnO的基本性质

1．1．2 晶体结构

1．1．3 能带结构

1．1．4 电学性质

1．1．5 光学性质

1．2 ZnO纳米材料的制备方法

1．2．1 分子束外延(MBE)

1．2．2 脉冲激光沉积(PLD)

1．2．3 磁控溅射

1．2．4 化学气相沉积(CVD)

1．2．5 喷雾热解法

1．2．6 水热法

1．3 ZnO纳米材料的应用

1．3．1 光电器件的应用

1．3．2 光伏器件的应用

1．3．3 表面声波器件的应用

1．3．4 气敏、压敏器件的应用

1．4 ZnO纳米结构的形貌

1．5 ZnO纳米材料的研究进展

1．6 本论文研究内容

2 实验部分

2．1 水热法基本原理

2．2 实验仪器及药品

2．2．1 实验药品

2．2．2 实验仪器

2．3 表征技术

2．3．1 扫描电子显微镜(SFM)

2．3．2 光致发光谱(PL)

2．3．2 X-射线衍射(XRD)

3 在Si衬底上生长有序的ZnO纳米棒及分析

3．1 引言

3．2 样品的制备

3．2．1 晶种层的制备

3．2．2 ZnO纳米棒的制备

3．3 实验结果与分析

3．3．1 ZnO纳米棒的结构与形貌分析

3．3．2 ZnO纳米棒的光学性质

3．3．3 ZnO纳米棒的XRD测试

3．4 ZnO纳米棒的生长机理

3．5 小结

4 FTO衬底上水热生长高度有序ZnO纳米锥

4．1 引言

4．2 实验过程和样品的制备

4．2．1 衬底的清洗

4．2．2 晶种层的制备

4．2．3 一次水热

4．2．4 二次水热

4．3 实验结果和分析

4．3．1 ZnO纳米锥的SEM表征

4．3．2 ZnO纳米锥的XRD测试

4．3．3 ZnO纳米锥的光学性质

4．4 小结

5 FTO衬底一步水热法生长无序ZnO纳米棒

5．1 引言

5．2 实验过程

5．2．1 晶种层的制备

5．2．2 水热生长

5．3 结果和分析

5．3．1 ZnO纳米棒阵列的SEM表征

5．3．2 ZnO纳米棒阵列的光学性质

5．4 生长液中PEI和氨水的研究

5．5 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢