过渡金属掺杂ZnO、SnO2的微观结构和发光性能研究

摘要

本文采用球磨法制备Zn1-xNixO、Zn1-xCoxO及Sn1-xTixO2纳米粉体，并采用激光脉冲沉积法，在单晶Si基底上制备Zn1-xNixO薄膜。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、荧光光谱仪、分光光度计和振动样品磁强计（VSM）对其结构、表面形貌、发光及磁性能进行表征，对不同掺杂比例及工艺条件制备的ZnO及SnO2纳米粉体和薄膜微观结构及发光特性进行了研究。
　　1.采用球磨法制备Zn1-xCoxO（x=0.02、0.05、0.08、0.12、0.15）纳米粉体，在600℃条件下退火2小时。发现Zn1-xCoxO纳米粉体呈六方纤锌矿结构。掺杂使光致发光光谱中出现396 nm附近的紫外发光峰和450 nm、470 nm附近的蓝光发光峰；在掺杂含量为2at％、5at%和8at%时，随着掺杂量的增加紫外吸收带边出现红移现象。对于掺杂含量为2at%~15at%的样品，其饱和磁化强度和矫顽力都随着掺杂含量的增加而增大，当掺杂量高于8at%之后，样品中饱和磁化强度的明显增强，这主要是由于Co3O4出现所至。
　　2.采用激光脉冲沉积法制备了Ni2+（0.8at%）掺杂的呈六角纤锌矿结构的ZnO薄膜。氧气气氛下制备的薄膜沿（002）取向生长，表面比较平整，平均颗粒尺寸为80 nm。真空条件下制备的薄膜出现Zn2SiO4杂相，平均颗粒尺寸为150 nm。和真空条件下制备的薄膜相比，氧气气氛下制备的薄膜具有较强的ZnO本征发光，在425 nm附近出现由于填隙Zn缺陷引起的较宽的蓝光发光带，并且在482 nm处出现了由于氧空位和氧间隙间的转换引起的较强的蓝光发光峰，同时由于氧缺陷引起的449 nm附近的蓝光发光峰强度明显降低。
　　3.采用球磨法制备Sn1-xTixO2（x=0、0.005、0.01）纳米粉体，在700℃条件下退火2小时。发现Sn1-xTixO2的晶体结构为四方相的金红石结构。样品的本征发光峰出现在336 nm附近。对于Sn0.995Ti0.005O2样品，本征发光峰出现了蓝移现象，而Sn0.99Ti0.01O2样品的本征发光峰不再移动。另外，发现样品分别在378 nm、397 nm、414 nm和466 nm附近出现紫外和蓝光发光峰。

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第1章 绪论

1.1 纳米材料概述

1.2 ZnO纳米材料

1.3 SnO2纳米材料

1.4本文研究的内容及目的

第2章 样品的制备方法和表征手段

2.1 纳米粉体材料制备方法

2.2 薄膜材料制备方法

2.3 样品的表征方法

第3章 Co2+掺杂ZnO纳米粉体的结构及性能研究

3.1 引言

3.2 实验

3.3 实验结果和讨论

3.4 本章小结

第4章 Ni2+掺杂ZnO薄膜及纳米粉体的结构和发光性能研究

4.1 引言

4.2 实验

4.3 实验结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 Ti4+掺杂SnO2纳米粉体的结构及发光性能研究

5.1 引言

5.2 实验

5.3 实验结果与讨论

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢