透明導電半導體氧化物納米線的制備、結(jié)構(gòu)表征及發(fā)光性能研究.pdf

1、近年來，透明導電半導體氧化物材料(TCOs)吸引了人們的廣泛關(guān)注，它在納米規(guī)模的電子元件和光電器件等方面具有潛在應(yīng)用價值和廣闊應(yīng)用前景，其納米結(jié)構(gòu)如納米線、納米棒、異質(zhì)結(jié)、納米薄膜和納米顆粒等都是人們研究和開發(fā)的熱點。本文采用熱蒸發(fā)的方法制備出了錫酸鋅(Zn2SnO4)、摻錫氧化銦(ITO)和摻Sn的氧化鎵(Sn：Ga2O3)等一維半導體納米材料，并利用場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、高分辨透射

2、電鏡(HRTEM)、能譜(EDS)以及光致發(fā)光譜(PL)等分析測試手段，對所合成的納米材料的形貌、成分、結(jié)構(gòu)和物性進行了研究，發(fā)現(xiàn)了一些獨特的新的納米結(jié)構(gòu)。根據(jù)測試結(jié)果探討了不同形貌納米結(jié)構(gòu)的形成原因和生長機制，并對其發(fā)光性質(zhì)的做了進一步的分析。以下是本文的主要研究結(jié)果： 1.ITO納米線的合成與發(fā)光性能研究通過熱蒸發(fā)的方法，在850℃的設(shè)定溫度下合成了大量均一的ITO納米線。X射線衍射分析表明產(chǎn)物主要由SnO2和In2O3組成

3、，掃描電鏡觀察表明該納米線形貌。認為這些納米線的生長遵循氣-固(VS)生長機制。在室溫光致發(fā)光譜中，觀察到了兩個峰，一個峰值為418nm，屬于紫外光區(qū)，另一個峰值為505nm，屬于綠光區(qū)。相對于In2O3納米線的峰位，發(fā)生了紅移。主要是由于內(nèi)部應(yīng)力及大量的缺陷存在造成的。 2.熱蒸發(fā)法合成Zn2SnO4納米線的制備及研究在氬/氫的混合氣氛下，采用熱蒸發(fā)ZnO和SnO的混合粉末方法合成出高產(chǎn)率的單晶Zn2SnO4納米線，實驗過程中

4、未采用催化劑和襯底。對產(chǎn)物進行了XRD、SEM、HRTEM的測試，表明所合成的納米線有良好的單晶結(jié)構(gòu)，大約五十至幾百個納米寬，幾十個微米長，[311]是納米線的主要生長方向。自催化VLS生長機制被認為是納米線的主要生長機理。適宜的溫度和相對單一的反應(yīng)源是成功制備Zn2SnO4納米線的關(guān)鍵。在室溫下的Zn2SnO4納米線光致發(fā)光譜顯示，該種納米材料具有一個較寬的發(fā)光帶，發(fā)光峰中心的峰值為580nm。 3.摻Sn的Ga2O3納米結(jié)構(gòu)

5、的合成及研究在氬氣保護氣氛下，1000℃熱蒸發(fā)SnO和Ga2O3的混合粉末制得多種納米結(jié)構(gòu)，所獲得的納米線直徑在80-200nm范圍內(nèi)。在產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)獨特的SnO2：Ga2O3異質(zhì)納米梳結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的生長機制經(jīng)過分析遵循VS生長機制；而納米線則遵循VLS生長機制。產(chǎn)物的光致發(fā)光譜中有一個寬的黃綠光帶，峰值為585nm，Sn組分的添加在一定程度上改進了Ga2O3的材料特性，發(fā)現(xiàn)摻雜雜質(zhì)、表面態(tài)和缺陷態(tài)是影響Ga2O3發(fā)光的主要因素。