氧化铟纳米材料的制备与光致发光性能的研究

摘要

氧化铟纳米材料以其宽带隙、良好的导电性、低电子亲和势、高击穿电场和更好的化学稳定性等优点，在宽禁带半导体纳米材料中逐渐成为了研究热点，在光电子器件、气敏传感器、太阳能发电板和显示器等方面有着很好的应用前景。近年来，人们对氧化铟纳米材料的制备和性能研究已经取得了一些进展。研究者通过多种物理和化学方法制备出氧化铟材料的各种纳米结构，在氧化铟纳米结构的发光性能研究领域也有了相应的进展，但是还有许多问题需要深入研究。同时氧化铟的掺杂也是当今研究的热点，人们希望通过对氧化铟进行不同元素的掺杂以及不同浓度的掺杂来提高其性能。本论文采用化学气相沉积方法通过改变工艺参数，找出制备氧化铟纳米线的最佳制备工艺，同时对氧化铟进行Cu元素的掺杂，对其微观结构和成分等进行了分析，并研究光致发光性能。本论文的主要研究内容如下： 采用化学气相沉积法，通过改变制备过程中的工艺参数，进行对比实验。采用SEM、TEM对制备出的氧化铟纳米结构进行了形貌和结构方面的研究，用 XRD、XPS、EDS等对氧化铟纳米材料的晶体结构、成分和含量进行表征。结果表明催化剂的加入能够使氧化铟纳米材料更好的以 VLS机制生长，同时均匀分布、尺寸较小的催化剂能够制备出生长密度较大、直径较细的氧化铟纳米材料。温度为1150℃反应时间为2h的情况下纳米线生长的密度更大直径约为200 nm。增大气流量更有助于纳米线的生长。当气流量为200 sccm时制备出的氧化铟纳米线直径明显比100 sccm和150 sccm流量下生长的纳米线小很多，尺寸可以减小至100 nm左右。从晶体生长角度去分析了催化剂、温度、气流量等参数对氧化铟生长形貌的影响，成功制备出了形貌较好的氧化铟纳米线。同时也制备了Cu掺杂氧化铟纳米线，XPS结果表明Cu2p3/2和2p1/2所对应的是932.7eV和952.4eV处峰，这两处峰对应的是Cu掺杂后的结合能。俄歇电子能谱在570.4eV处有峰值，通过查阅文献对比，可知这是Cu+的峰，进一步说明了掺杂后Cu以一价形式存在。关于Cu掺杂纳米材料来提高性能的报道有很多，但Cu掺杂氧化铟纳米线鲜有报道。 通过对氧化铟纳米材料的光致发光性能的测试，发现不同的纳米结构发光峰不同。纳米颗粒的光致发光峰来源于近带边发光，在400 nm处有紫外发光峰；不使用催化剂生长的纳米线不仅在400nm处有紫外发光峰外，还在413 nm处有蓝绿发光峰，这可能是生长过程中的表面缺陷引起的；使用催化剂生长的纳米线结构在生长过程中会产生氧空位、表面缺陷等，这样就导致在423 nm有蓝绿发光峰，在紫外发光区也有发光，但由于这种情况的氧空位等缺陷较多蓝绿发光峰要明显增强。Cu掺杂的In2O3纳米线中，由于Cu元素进入晶格中替位In，这样就会产生更多氧空位缺陷和生长缺陷，产生了更多发光峰，包括紫外发光峰400nm，蓝绿发光峰413 nm，423 nm和445 nm。在富氧条件下退火处理样品，掺Cu的纳米线在423 nm和445 nm仍然有蓝绿发光峰，同时对退火后的样品进行紫外可见光的测试，通过计算得到样品的能级约为3.38eV低于氧化铟材料的能级，这也说明了Cu的掺杂改变了氧化铟的能级从而导致发光。

目录

声明

第一章 绪论

1.1纳米材料的性质

1.2纳米氧化物的特性和应用

1.3氧化铟的晶体结构及应用

1.4氧化铟纳米材料的制备方法

1.5氧化铟纳米材料的研究现状

1.6氧化铟纳米材料的发光特性存在的问题

1.7本课题研究的主要内容和目的

第二章 实验设备与表征手段

2.1 CVD法制备纳米材料的设备介绍

2.2样品的表征手段

第三章 氧化铟纳米材料的制备与表征分析

3.1氧化铟纳米材料的制备

3.2影响氧化铟纳米材料生长的因素

3.3不同形貌氧化铟纳米材料的XRD的对比与分析

3.4不同形貌的氧化铟纳米材料的EDS能谱的对比与分析

3.5氧化铟纳米线的TEM分析

3.6 Cu掺杂氧化铟纳米线的表征

3.7本章总结

第四章 氧化铟纳米结构的光致发光性能研究

4.1不同制备方式氧化铟纳米结构的光致发光性能研究

4.2掺Cu的氧化铟纳米线的光致发光特性

4.3氧空位对氧化铟纳米材料的光致发光影响

4.4氧化退火后掺Cu的氧化铟纳米线的紫外发光吸收光谱

4.5本章总结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

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