论文摘要
氧化锌是一种重要的直接宽禁带半导体材料,室温下其禁带宽度为3.37 eV和较大的激子束缚能(~60 meV)。同时它也是一种多功能氧化物材料,在光电、压电、热电等各个领域都具有优异的性能,被广泛的应用于表面声波器件、太阳能电池、气敏、压敏以及光电器件上,加上原材料资源丰富、价格便宜,对环境无毒害的应用前景,是近年来继GaN之后国际上又一研究热点。最近ZnO纳米棒在室温下光致紫外激光的发现,极大地推动了固体基底上制备高质量高定向的ZnO纳米棒的研究。一维氧化锌纳米材料的制备有很多种方法,如热蒸发法、化学气相沉积法、水热法、模板法等,而化学溶液法由于其设备简单、操作容易、成本低廉、反应温度低及有利于大规模生产等特点,越来越受到人们的青睐。本课题就采用简单的化学溶液法合成了几种一维氧化锌纳米材料,包括氧化锌纳米棒阵列、氧化锌纳米管阵列、氧化锌纳米花状束等。采用场发射扫描电镜、X射线衍射仪、X射线能谱仪、透射电镜及荧光光谱仪对所得产物进行了结构表征及荧光性能测试。本论文主要有以下几个方面的工作:1.化学溶液法制备氧化锌纳米棒阵列以硝酸锌和六次甲基四胺为主要原料,采用低温化学溶液法在覆载有氧化锌纳米粒子膜的普通载玻片上制备出取向性好、规整致密的氧化锌纳米棒阵列。测试结果表明,氧化锌纳米棒为单晶,属于六方纤锌矿结构,平均直径约为120 nm,长度为1.5μm左右,沿c轴择优取向生长。我们还讨论氧化锌纳米棒阵列的生长机理。2.化学溶液法制备氧化锌纳米管阵列采用低温化学溶液法得到取向性好的氧化锌纳米棒阵列,然后在原溶液中经过至少2天的陈化过程,得到取向性好的致密的氧化锌纳米管阵列。测试结果表明,氧化锌纳米管的平均直径约为200 nm,管壁厚30 nm左右。它也属于六方纤锌矿结构,且沿c轴方向生长。另外我们还制备出了氧化锌的纳米管花状束,同样对其进行了表征,还探讨了它们的生长机理。3.对可能影响一维氧化锌纳米材料形貌的因素(如基底、水浴温度)进行了研究。研究结果表明,只有在合适的温度(70 oС~80 oС)下,在光洁的基片表面(如光洁的硅片)才能得到形貌规整、直径均匀、结构致密的氧化锌纳米阵列。4.对所制得的一维氧化锌纳米材料进行了荧光光谱测试。测试结果表明,氧化锌有2个发射峰,一个是383 nm左右的紫外发射峰,另一个是在530 nm左右的绿光发射峰。实验表明氧化锌纳米管和纳米棒阵列的紫外发射峰很强,可见光发射峰相对较弱,有作为紫外激光发射器件的潜力。当氧化锌纳米棒的取向性不好或者进行了硫元素掺杂时,可见光的发射强度会逐渐增强,我们还研究了在300 oС热处理前后氧化锌纳米棒和纳米管的荧光光谱变化,这些都与材料表面缺陷数量的变化有关。