PLA法在液相中制备纳米ZnO及结构性能表征

论文摘要

本文采用液相激光烧蚀(PLA)这种新颖的方法来制备纳米ZnO。主要研究了不同溶液环境、不同时间、不同浓度溶液对生成纳米ZnO的结构、形貌、尺寸、光学性能以及光致发光性能的影响,并探讨了纳米ZnO的形成机理和缺陷发光机理。论文主要内容可归纳如下:1.采用PLA法在去离子水中烧蚀Zn靶合成了ZnO纳米颗粒。烧蚀2 h和4 h得到的ZnO纳米粒子平均粒径分别为43 nm和19 nm,随着烧蚀时间的增加,所得纳米粒子的平均粒径减小,是因为激光长时间作用能使较大的纳米粒子变小。2.在0.005 mol/L的十二烷基硫酸钠(SDS)溶液中合成了Zn/ZnO核壳结构的纳米粒子。这种核壳结构的形成是由于SDS的包裹作用。部分从Zn靶脱落的Zn原子形成Zn团簇,被SDS分子的亲水基吸附,在Zn团簇表面形成了SDS双分子层,抑制了Zn团簇与液相介质的进一步反应,而未被SDS包裹的Zn与液相介质相互作用形成了ZnO,并吸附在Zn团簇的表面。3.在不同浓度的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中生成了不均匀薄片状纳米ZnO结构,认为薄片上较厚处是由更小的ZnO晶粒聚集自组装而成。在这些自组装的过程中,这些晶粒通过自我附着和晶格融合或者叫做晶体界面处的非完美定向附着生长成较大的纳米结构。CTAB分子与晶粒表面静电相互排斥作用导致了晶粒通过自组装形成了这种不均匀薄片状纳米ZnO结构。4.对在不同浓度的CTAB溶液中生成的纳米ZnO的缺陷发光进行了探讨。认为在411 nm处的紫光峰时由于锌间隙存在引起的,在450 nm到436 nm处的蓝色发光峰是由衍生的锌间隙引起的,在558 nm处的绿色发光峰是由于氧空位的存在引起的。研究了不同浓度CTAB对纳米ZnO中缺陷的影响,认为CTAB浓度在临界胶束浓度附近时对锌间隙的钝化效果最佳,但没有对氧空位没有产生影响。蓝色发光峰从450 nm蓝移到436 nm是因为随着CTAB浓度增加,Zni不断增加,而Zni(?)、Zni(?)(?)也在不断增加的引起的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 液相激光烧蚀法
• 1.2.1 液相激光烧蚀的概念
• 1.2.2 液相激光烧蚀的原理
• 1.2.3 液相激光烧蚀的国内外研究现状
• 1.2.3.1 非反应性液相激光烧蚀
• 1.2.3.2 反应性液相激光烧蚀
• 1.3 纳米ZnO 概述
• 1.3.1 ZnO 的基本性质
• 1.3.2 ZnO 中的掺杂与缺陷
• 1.3.3 纳米ZnO 及制备
• 1.3.4 ZnO 的发光性质
• 1.3.5 纳米ZnO 的应用
• 1.4 本课题研究目的和意义
• 参考文献
• 第二章 样品的制备和表征手段
• 2.1 样品的制备
• 2.1.1 实验仪器及装置设计
• 2.1.2 实验流程
• 2.2 样品的表征
• 2.2.1 X-射线衍射仪（XRD）
• 2.2.2 扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）
• 2.2.3 透射电子显微镜（TEM）
• 2.2.4 光学性能
• 2.2.5 光致发光性能
• 参考文献
• 第三章 ZnO 及Zn/ZnO 核壳纳米颗粒的合成及其机理研究
• 3.1 基本的实验参数
• 3.2 样品的表征
• 3.2.1 样品的晶体结构
• 3.2.2 样品的形貌及尺寸分布
• 3.3 纳米ZnO 及Zn/ZnO 的形成机理的探讨
• 3.3.1 SDS 的作用
• 3.3.2 纳米ZnO 以及Zn/ZnO 核壳结构形成机理
• 3.4 纳米粒子的光学性能
• 3.5 纳米粒子的光致发光性能
• 3.6 小结
• 参考文献
• 第四章 在CTAB 中合成纳米ZnO 及其发光性能的研究
• 4.1 实验基本参数
• 4.2 样品结构和形貌表征及分析
• 4.2.1 样品晶体结构的表征
• 4.2.2 样品中元素分析
• 4.2.3 样品形貌的表征
• 4.2.4 CTAB 对纳米ZnO 形貌的影响
• 4.3 发光性能测试及分析
• 4.3.1 缺陷发光性能测试
• 4.3.2 缺陷发光性能的讨论
• 4.3.2.1 缺陷能级跃迁机理的讨论
• 4.3.2.2 CTAB 浓度对发光峰的影响
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 结论及展望
• 致谢
• 硕士期间完成的论文