电化学法制备ZnO纳米结构及其性能研究

论文摘要

本文利用电化学阳极氧化在两种不同的电解液环境下制备氧化锌纳米结构,通过调整电解液浓度、反应时间和电压获得了不同结构的氧化锌薄膜,分析了其中的生长机制,并研究了其Raman及Pl光谱,最后研究了这些氧化锌薄膜的电湿性行为。本文首先简单介绍了纳米科技的概念、纳米材料的特殊效应和发展历程。然后简单介绍了制备纳米结构常用的物理化学方法（气相和液相方法）的原理和工艺以及表征纳米材料的主要手段的原理和技术（包括扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射分析仪、原子力显微镜和光致发光谱仪等）。接着回顾了纳米氧化锌材料的研究背景,以及纳米氧化锌的一些特殊结构（包括纳米棒、纳米线、纳米梳、纳米锯、纳米弹簧和纳米环等）。最后我们阐述了纳米氧化锌在工业上的一些应用。然后比较了三种不同制备方法（化学气相沉积法、水溶液法和电化学法）的优缺点。然后具体介绍了如何利用电化学阳极氧化法制备氧化锌纳米结构。接下来我们描述了纳米氧化锌的一些基本参数和在光学方面的一些性质。最后我们具体阐述了利用简单快捷的电化学阳极氧化法在两种不同电解液环境（碱性和酸性环境）下制备氧化锌纳米结构,包通过调整电解液浓度、反应时间和反应电压我们可以获得不同结构的氧化锌薄膜,括纳米点,纳米线和纳花瓣,接着我们深入研究分析了内在的生长机制和表征了这些氧化锌薄膜的光学性质,发现这些氧化锌薄膜具有类似的Raman谱和PL谱,并且在PL谱中展示出强的和半峰宽窄（30-40nm）的可见发光峰,通过分析可以得出:1.氧化锌薄膜中的缺陷主要是填隙锌;2.强的可见发光峰归因于ZnO纳米结构内部电子在VOZni与价带之间跃迁。由于强的可见发光性能,这些ZnO薄膜可能应用于可见光电子器件,光阳极染料敏化太阳能电池和传感器方面。最后,我们研究了氧化锌薄膜表面的电湿性行为,我们通过调整加在Pt电极和ZnO之间的偏压,我们可以使氧化锡薄膜由近超缩水性向亲水转变。之后对其中的机理进入了深入分析,最后得出了这种电湿性行为可以归因于在电场的作用下ZnO薄膜表面缺陷态的变化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料的结构及其特性
• 1.1.1 纳米材料的结构
• 1.1.2 纳米材料的特性
• 1.2 纳米技术发展的原因
• 1.3 纳米技术重要进展
• 1.4 本章小结
• 参考文献
• 第二章 纳米材料合成方法和表征方法
• 2.1 纳米材料合成方法
• 2.1.1 气相合成
• 2.1.2 液相合成
• 2.2 纳米材料的表征方法
• 2.2.1 扫描电子显微镜（SEM）[26,27]
• 2.2.2 透射电子显微镜（TEM）[28]
• 2.2.3 X 射线衍射（XRD）分析仪[28]
• 2.2.4 原子力显微镜（AFM）
• 2.2.5 介光谱探测方法及仪器介绍
• 2.3 本章小结
• 参考文献
• 第三章 纳米氧化锌的研究进展以及应用
• 3.1 ZNO 材料简介
• 3.2 ZNO 的特殊纳米形态
• 3.2.1 纳米线（棒）
• 3.2.2 纳米带
• 3.2.3 纳米梳和纳米锯
• 3.2.4 纳米弹簧和纳米螺旋
• 3.3 氧化锌纳米结构的应用.
• 3.3.1 在化妆品中的应用———新型防晒剂和抗菌剂
• 3.3.2 在纺织工业中的应用
• 3.3.3 自洁性陶瓷与抗菌玻璃
• 3.3.4 橡胶工业
• 3.3.5 建筑材料———抗菌性石膏产品
• 3.3.6 用于电话机、微机等的防菌涂层
• 3.3.7 气体传感器
• 3.3.8 图像记录材料
• 3.3.9 压电材料
• 3.3.10 催化剂和光催化剂
• 3.3.11 荧光体和电容器
• 3.3.12 隐身技术———雷达波吸收材料
• 3.3.13 导电ZnO 材料
• 3.3.14 涂料[14]
• 3.3.15 磁性材料[14]
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章电化学法制备氧化锌纳米结构及其性能研究
• 4.1 制备方法
• 4.2 制备过程
• 4.2.1 材料准备
• 4.2.2 基片清洗
• 4.2.3 基片抛光
• 4.2.4 电化学法阳极氧化
• 4.3 纳米结构氧化锌基本特性
• 4.3.1 氧化锌的一些基本参数
• 4.3.2 纳米ZnO 的Raman 光谱
• 4.3.3 纳米ZnO 的PL 光谱
• 4.4 氧化锌纳米结构的特性研究
• 4.4.1 碱性环境下电化学法制备氧化锌纳米结构特性研究
• 4.4.2 酸性条件下环境下电化学法制备纳米结构氧化锌的特性研究
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 ZNO 纳米结构的可湿性研究
• 5.1 可湿性的基本定义与理论介绍
• 5.2 纳米氧化锌的可湿性研究
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 第六章 全文总结
• 6.1 全文总结
• 6.3 研究展望
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文