濕化學(xué)法制備微-納米結(jié)構(gòu)氧化鋅及其物性研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)作為一種直接帶隙Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體材料，禁帶寬度為3.37eV，具有較高的激子結(jié)合能(60 meV)，是制備下一代短波長(zhǎng)發(fā)光二極管和激光器的最佳候選材料之一；并由于其良好的穩(wěn)定性和生物適應(yīng)性,在氣體傳感器、光電子裝置、場(chǎng)發(fā)射顯示器、太陽(yáng)能電池、微機(jī)電系統(tǒng)、生物醫(yī)藥和光催化等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。因而近年來(lái),關(guān)于ZnO微/納結(jié)構(gòu)材料的制備、表征及其應(yīng)用方面的研究引起了人們的極大興趣，發(fā)展十分迅速。本論文著重于工業(yè)化、低成本、

2、簡(jiǎn)單和實(shí)用的要求，采用濕化學(xué)法對(duì)不同形態(tài)的ZnO納米材料的合成、微觀結(jié)構(gòu)以及物性進(jìn)行了研究。主要結(jié)果如下：
　　 1、采用常壓條件，在較低的溫度(40－90 ℃)，通過(guò)水浴加熱的濕化學(xué)方法，在不添加任何催化劑或表面活性劑的情況下，以氫氧化鈉(NaOH) 溶液和氯化鋅(ZnCl2) 溶液為原料，僅僅伴隨磁力攪拌即可在不同的加熱溫度條件下得到不同形態(tài)的納米氧化鋅花狀結(jié)構(gòu)；同時(shí)著重考慮了加熱的時(shí)間和溫度對(duì)產(chǎn)物的影響，并且對(duì)其形成機(jī)理進(jìn)

3、行了探討。通過(guò)掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、紫外可見分光光度計(jì)(UV-Vis)及PL譜等測(cè)試手段對(duì)試樣進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：所得納米棒平直光滑，其直徑在60-120 nm范圍之間，產(chǎn)物形貌可以通過(guò)溫度和攪拌進(jìn)行調(diào)整，并且產(chǎn)物在PL光譜中表現(xiàn)出弱的藍(lán)光發(fā)射和強(qiáng)的橙色光發(fā)射，分析說(shuō)明這種藍(lán)光和橙光發(fā)射與產(chǎn)物形成過(guò)程中的缺陷(如氧空位、間隙氧等)有關(guān)。
　　 2、采用較低溫度(60 ℃)的水浴溶液合成方

4、法,在磁力攪拌條件下,通過(guò)加入油酸-無(wú)水乙醇混合液,成功的制備出了以Zn球?yàn)楹?、ZnO納米棒為殼的Zn-ZnO核-殼間隙結(jié)構(gòu)。產(chǎn)物大小由Zn球直徑?jīng)Q定，殼是由直徑在80-150 nm 間的ZnO納米棒組成。通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件(如：不加油酸-無(wú)水乙醇混合液或停止磁力攪拌)得到了不同的Zn-ZnO核-殼結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：溶液中的油酸會(huì)在Zn球表面形成疏水層,以疏水層為中介,形成ZnO殼結(jié)構(gòu)；如果不加入混合液,ZnO的生長(zhǎng)基元將直接與Zn球表層作

5、用,在Zn球表面形成ZnO殼結(jié)構(gòu),構(gòu)成簡(jiǎn)單的核-殼結(jié)構(gòu)。結(jié)果說(shuō)明油酸-無(wú)水乙醇混合液的加入對(duì)形成核-殼結(jié)構(gòu)的間隙空間起到了重要的作用。此外,可通過(guò)控制磁力攪拌來(lái)改變殼層ZnO晶體的大小。
　　 3、采用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB) 輔助水熱法，制備出了一種表面具有多晶納米片接枝結(jié)構(gòu)的ZnO微棒，微棒直徑在1.5μm左右，而棒表面的光滑納米片厚度在5nm左右。這種新穎結(jié)構(gòu)受到CTAB和溫度的影響，而其生長(zhǎng)機(jī)理可以歸結(jié)于晶體生長(zhǎng)