银掺杂二氧化锡纳米线的制备及其光学性能研究

摘要

二氧化锡(SnO2)是一种宽带隙(Eg=3.62eV)n型半导体，在晶体管、光电转换器件和气敏传感器等领域具有重要的应用。掺杂后的二氧化锡将具有更高的可见透射率、红外反射率和紫外吸收率。论文选用具有出色的表面等离子体性质的银纳米结构为掺杂元素，将利用银的近场增强能力进一步提高二氧化锡纳米线的光学性能，进而拓展其在光学、光子学以及光电子学等领域中的应用。
　　论文首先在常温常压下通过水浴法制备银纳米结构，探讨了保护剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和离子环境调节剂稀硫酸(H2SO4)添加量对最终银纳米结构的形貌及其光学性能的影响规律。结果表明:PVP添加量对银纳米结构的形貌起决定性作用:随着PVP添加量从0增至0.3g，银纳米结构将由球形颗粒状变为片状、立方体状，最终变为刺球状。此外，银纳米结构的紫外-可见吸收峰主要由三部分组成，分别来自s带内间接跃迁(189nm)、sp-d带间直接跃迁(193nm)和d带内间接跃迁(200nm)，且稀H2SO4添加量是决定sp-d带间直接跃迁和d带内间接跃迁何者居于主导地位的主要因素:添加量小于2ml时，间接跃迁占主导;大于2ml时，直接跃迁将居主导地位。
　　其次，利用溶剂热法制备出二氧化锡纳米线，并使用正交法对影响纳米线形貌和光学性能的三个试验参数（草酸亚锡添加量，PVP添加量，反应温度）进行研究。结果表明:温度是将SnO2制成纳米线的主要因素:获得形貌较均一SnO2纳米线的最佳反应温度为160℃;PVP添加量是影响SnO2纳米线光学性能的主要因素:在345～414nm这一发光频谱范围内，随着PVP添加量的增加，SnO2发光峰将发生红移。
　　最后，通过使用水浴—油浴二步法成功制备出长度为几微米、直径为几十纳米的Ag掺杂SnO2纳米线。能谱(EDS)表明银在纳米线中掺杂均匀。由于银的掺杂，在原有来自氧空位的发光峰(313nm)的基础上又在348nm和364nm出现发光峰。这两个新发光峰的强度随着银相对掺杂量的增加而增大，这与紫外-可见光谱中419nm处吸收峰的强度变化趋势一致。由此可以推断银掺杂SnO2纳米线在348nm和364nm处的新发光峰可能分别来自银的表面等离子辐射和银掺杂导致的锡空位。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 纳米材料的性能

1．2．1 纳米材料的电性能

1．2．2 纳米材料的光学性能

1．2．3 表面效应

1．2．4 小尺寸效应

1．2．5 量子尺寸效应

1．2．6 量子隧穿效应与宏观量子隧道效应

1．3 二氧化锡纳米材料

1．3．1 二氧化锡纳米材料的制备及应用

1．3．2 掺杂二氧化锡纳米材料的制备及应用

1．3．3 表面等离子增强的二氧化锡纳米材料

1．4 银纳米材料

1．4．1 银纳米材料的制备

1．4．2 银纳米材料的应用

1．5 课题研究意义及内容

1．5．1 课题研究意义

1．5．2 课题研究内容

第二章 水浴法制备银纳米结构及其光学性能研究

2．1 引言

2．2 样品制备

2．2．1 实验制备中的主要试剂和仪器

2．2．2 银纳米粒子的合成

2．3 样品的表征及结果分析

2．3．1 样品的形貌表征

2．3．2 光谱分析结果

2．4 实验工艺条件的讨论

2．4．1 PVP添加量的影响

2．4．2 稀H2SO4添加量的影响

2．5 本章小结

第三章 溶剂热法制备二氧化锡纳米线及其光学性能研究

3．1 引言

3．2 样品的制备与性能测试

3．2．1 样品制备和性能表征使用的试剂及仪器

3．2．2 正交实验设计方案

3．3 样品的光学性能分析

3．3．1 UV-Vis性能分析

3．3．2 PL光谱分析

3．4 样品形貌分析

3．5 正交试验结果分析

3．5．1 确定实验因素的优水平和最优水平组合

3．5．2 确定因素的主次顺序

3．6 本章小结

第四章 掺银二氧化锡纳米线的制备及其光学性能研究

4．1 引言

4．2 实验步骤

4．2．1 材料制备中使用的试剂及仪器

4．2．2 样品制备

4．3 样品的表征及结果分析

4．3．1 形貌分析

4．3．2 光谱分析

4．4 本章小结

第五章 总结及展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况