Co、Ni掺杂ZnO纳米结构的制备、表征及性能研究

摘要

ZnO纳米材料由于其在自旋功能器件、紫外发射器、气体传感器、压电传感器等方面有着潜在的运用，近十年来受到研究者们的广泛关注。通过掺杂对ZnO纳米材料进行改性，已经成为研究的热点。本文用电化学沉积法制备出了Co、Ni掺杂ZnO薄膜，用溶胶-凝胶法制备出了Co掺杂ZnO纳米结构，通过对他们的形貌结构、光学和磁学性质的表征，研究他们的性质、结构与制备条件之间的关系，探讨光致发光以及室温铁磁性的起源。本文主要研究内容概况如下：
　　1.利用二次阳极氧化法在0.3M草酸电解液和1M硫酸电解液中制备不同孔径、高度有序的多孔氧化铝模板，用SEM对模板的形貌进行表征，详细地介绍了二次阳极氧化法制备有序氧化铝模板的工艺、有序孔阵列形成的机理以及影响模板有序性及孔径大小的因素。介绍了本实验组的一个专利，一种去除纳米氧化铝模板背面金属镀层的方法及装置。利用电化学沉积方法在氧化铝模板中制备了Co-ZnO纳米棒，用场发射扫描电镜(FE-SEM，JSM-6700F)、电子能量色散谱(EDS)对样品的形貌结构及元素组成进行了测试分析，通过紫外-可见吸收光谱分析，Co的掺杂使ZnO的带隙变宽。
　　2.利用电化学沉积法和溶胶-凝胶法分别在纯Zn片上制备出了Co掺杂ZnO薄膜样品。在不同温度、不同PH值、不同电流下制备出了不同的样品，并对其形貌和元素进行了对比，最终寻找到最佳的溶液配方。XRD结果显示样品A为六方纤锌矿结构，而没有其它相关杂质相。通过SEM、PL、XPS及VSM对样品A进行了表征发现，Co2+替代了Zn2+掺入了ZnO晶格中，分析表明薄膜室温铁磁性源于代替Zn2+位置的Co2+离子和缺陷引起的载流子之间的耦合。
　　3.在70℃水浴槽中，采用一步法电化学沉积法在多晶Zn片基底上沉积了Ni掺杂ZnO薄膜。我们对Ni-ZnO薄膜的形成机制进行了分析。样品室温光致发光的结果证明，带变的红移和几个弱光峰来源于ZnO的缺陷和因Ni掺杂所引起的氧空位。

目录

文摘

英文文摘

致谢

插图清单

表格清单

绪论

1.1 引言

1.2 纳米材料的结构、分类与性质

1.2.1 纳米材料结构

1.2.2 纳米材料的分类

1.2.3 纳米材料的性质

1.3 纳米材料的应用及制备方法

1.3.1 纳米材料的应用

1.3.2 纳米材料的制备方法

1.4 本文选题背景与研究内容

第二章 溶胶凝胶模板法Co-ZnO纳米棒的制备和研究

2.1 引言

2.2 多孔氧化铝模板的制备

2.2.1 实验原料与装置

2.2.2 实验原理

2.2.3 孔径为100nm氧化铝模板的制备

2.3 溶胶凝胶模板法制备Co-ZnO纳米棒

2.3.1 样品的制备和表征

2.3.2 纳米棒的结构、形貌、成分分析

2.3.3 吸收光谱分析

2.4 本章小结

第三章 电化学沉积法制备Co-ZnO薄膜及其室温铁磁性

3.1 引言

3.2 实验过程

3.2.1 样品的制备

3.2.2 样品表征

3.3 实验结果和讨论

3.3.1 制备Co-ZnO薄膜的影响因素

3.3.2 XRD分析

3.3.3 XPS分析

3.3.4 磁性分析

3.4 本章小结

第四章 溶胶-凝胶提拉法制备Co-ZnO薄膜及性能研究

4.1 引言

4.2 试验过程

4.2.1 样品的制备

4.2.2 样品的表征

4.3 试验结果与讨论

4.3.1 结构、成分分析

4.3.2 光学分析

4.3.3 磁性分析

4.4 本章小节

第五章 一步法电化学沉积Ni-ZnO薄膜的制备及性能研究

5.1 引言

5.2 实验过程

5.2.1 样品的制备

5.2.2 样品表征

5.3 实验结果与讨论

5.3.1 Ni掺杂ZnO薄膜样品的结构表征和成分分析

5.3.2 Ni掺杂ZnO薄膜样品的光致发光

5.4 本章小节

全文总结

参考文献

硕士期间发表的论文