氧化锌纳米线的制备工艺及光学性能研究

摘要

氧化锌是一种重要的宽禁带隙(3.37eV)半导体材料，它的激子束缚能高达60meV，因此ZnO是室温或更高温度下具有很大应用潜力的短波长发光材料，在紫外激光发射等光电应用领域有着很高的应用价值，而一维纳米结构的ZnO因其优良的光电性质，在制作纳米电子器件和纳米光电子器件等许多领域表现出巨大的应用潜力。本文在简略地总结了纳米材料的基本特性及其应用、一维纳米材料的制备及应用的基础上，对一维纳米结构ZnO在衬底上的制备生长方法、衬底的影响及其光电性能进行了研究和分析。 本实验利用离子络合法，通过高分子(聚丙烯酰胺)配位络合-烧结工艺在硅衬底上生长出ZnO纳米线。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)等测试手段对样品的表面形貌、结构进行了分析表征，结果表明ZnO纳米线直径约60～80nm、长度约1～2μm，为六方纤锌矿结构，单晶，且沿c轴方向优先生长。并着重探讨了离子络合法制备氧化锌纳米线的工艺影响因素。 通过光致发光(PL)光谱、紫外吸收(UV)光谱对制得的ZnO纳米线的光学性能进行了测试分析，其PL光谱上有较强的紫外发射和较弱的蓝光发射，研究了烧结温度、烧结气氛及退火工艺对其PL强度的影响；UV光谱表明样品在紫外区有强的宽带吸收，且随着纳米线粒径的减小，吸收峰出现了蓝移现象。 通过IR分析、XRD分析探讨了离子络合法的反应机理，深入阐述了ZnO纳米线的生长过程。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明和本论文使用授权说明

第一章绪论

1.1课题来源

1.2课题研究的目的和意义

1.3研究概况

1.3.1纳米材料概述

1.3.2低维纳米材料

1.4研究内容

1.5本文创新点

第二章实验部分

2.1主要实验试剂

2.2主要实验仪器

2.3 ZnO纳米线的制备

2.4 ZnO纳米线的表征

第三章结果与讨论

3.1 ZnO纳米线的组成分析

3.1.1能量散射光谱分析

3.1.2红外吸收光谱分析

3.2 ZnO纳米线的结构

3.2.1 X射线衍射分析

3.2.2高分辨透射电镜分析

3.3 ZnO纳米线的表面形貌

3.4 ZnO纳米线结构与形貌的影响因素

3.4.1 PAM浓度对ZnO纳米线形貌与结构的影响

3.4.2络合配比对ZnO纳米线形貌与结构的影响

3.4.3络合温度与时间对ZnO纳米线形貌与结构的影响

3.4.4搅拌条件对ZnO纳米线形貌与结构的影响

3.4.5溶液pH值对ZnO纳米线形貌与结构的影响

3.5与其它制备方法的比较

3.6 ZnO纳米线的光学性能

3.6.1光致发光性能

3.6.2紫外吸收光谱

3.7氧化锌纳米线形成机理的探讨

第四章结论

参考文献

作者在攻读学位期间公开发表的论文

作者在攻读学位期间所作的项目

致谢