碳纳米管与ZnO低维材料的光学特性研究

论文摘要

纳米材料是最重要的研究前沿之一。因为这类材料在物理学、化学、电子学、光学和生物医学等领域有着广泛的应用前景。本文介绍了作者在攻读博士学位期间,利用扫描电子显微镜、荧光光谱、红外光谱、紫外-可见吸收光谱、拉曼光谱、X衍射谱、激发光谱、光限幅效应等现代分析技术,研究了ZnO薄膜、ZnO纳米线和多壁碳纳米管的吸收特性、光致发光机理、能级结构上的特点以及非线性光学特性。对多壁碳纳米管光限幅效应的机制进行了初步探讨。 论文主要研究内容如下: 第一部分:首先介绍了纳米材料光学性质的研究现状。其次介绍了碳纳米管和ZnO低维材料光学性质的研究现状。最后介绍了进一步研究碳纳米管和ZnO低维材料光学特性应考虑的问题。 第二部分:介绍了碳纳米管的电子能带结构及其应用,利用荧光光谱、红外光谱、紫外-可见吸收光谱、拉曼光谱、扫描电镜以及光限幅效应研究了碳纳米管的光致发光机理和非线性光学特性,这部分内容包含在论文的第二、三章。首先从理论上得到了当不考虑层间耦合时,多壁碳纳米管（MWNTs）的能隙宽度为2γ0,而考虑层间耦合时,能隙的宽度为2(γ0-γ1/21/2),这说明当考虑层间耦合效应时,多壁碳纳米管的能隙比不考虑耦合作用时的能隙小;其次多壁碳纳米管中层间耦合使得能级分裂;最后从理论上证明了多壁碳纳米管中存在范霍夫奇点（VHS）。发光强度不仅与跃迁几率有关,而且与对应能级的电子态密度有关。对于给定的跃迁几率,如果态密度越大,则发光强度越大。发光强度的峰值位置对应能带中的范霍夫奇点。 研究了我们所选多壁碳纳米管的拉曼光谱、吸收光谱和光致发光光谱,通过对样品拉曼光谱的研究,发现多壁碳纳米管中存在较多缺陷;通过对固态多壁碳纳米管吸收光谱的研究,得到样品在近红外、可见和紫外光区都有吸收,紫外吸收与多壁碳纳米管最外层结构中电子由π轨道跃迁至π*轨道有关。吸收特点与

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料光学性质的研究意义和国内外研究现状
• 1.2 碳纳米管光学特性的国内外研究概况
• 1.3 ZnO低维材料光学特性的国内外研究概况
• 1.4 进一步研究碳纳米管和ZnO低维材料光学特性应考虑的问题
• 1.5 本文的研究思路、方法及结论
• 参考文献
• 第二章 碳纳米管的电子能带结构及其应用
• 2.1 引言
• 2.2 碳纳米管的基本结构
• 2.3 碳纳米管的电子能带结构
• 2.4 碳纳米管的光学特性及其应用
• 参考文献
• 第三章 碳纳米管光学性质研究
• 3.1 引言
• 3.2 层间耦合对多壁碳纳米管电子结构影响的理论研究
• 3.2.1 层间耦合对能带的影响
• 3.2.2 层间耦合对能隙的影响
• 3.2.3 多壁碳纳米管中的范霍夫奇点
• 3.3 多壁碳纳米管拉曼光谱实验研究
• 3.3.1 拉曼光谱的基本原理和特点
• 3.3.2 多壁碳纳米管拉曼光谱及分析
• 3.4 多壁碳纳米管吸收光谱特性研究
• 3.5 碳纳米管荧光特性研究
• 3.5.1 多壁碳纳米管频率上转换效应研究
• 3.5.2 在不同波长光激发下多壁碳纳米管光致发光特性的研究
• 3.6 多壁碳纳米管光限幅特性研究
• 3.6.1 多壁碳纳米管在皮秒激光作用下的光限幅特性
• 3.6.2 多壁碳纳米管在皮秒激光作用的三光子吸收特性
• 3.6.3 多壁碳纳米管在皮秒激光作用下光限幅特性与三光子吸收
• 本章小结
• 参考文献
• 第四章 ZnO材料及其应用
• 4.1 ZnO材料研究历史与现状
• 4.2 ZnO的基本性质
• 4.3 ZnO材料的应用
• 4.4 ZnO发光特性的研究
• 4.4.1 材料发光的基本原理
• 4.4.2 激光激发材料的发光过程
• 4.4.3 ZnO中的缺陷
• 4.4.4 ZnO发光特性及机理的研究
• 参考文献
• 第五章 ZnO薄膜的拉曼光谱和荧光特性研究
• 5.1 ZnO薄膜的制备和结构分析
• 5.2 ZnO薄膜拉曼光谱的研究
• 5.3 ZnO薄膜荧光特性的研究
• 5.3.1 ZnO薄膜吸收特性的研究
• 5.3.2 ZnO薄膜的光致发光光谱
• 5.3.3 超声处理对ZnO薄膜PL光谱的影响
• 5.3.4 ZnO薄膜发光机理
• 本章小结
• 参考文献
• 第六章 ZnO纳米线光致发光特性研究
• 6.1 纳米线与氧化锌纳米线
• 6.2 氧化锌纳米线的制备方法
• 6.3 ZnO 纳米线荧光特性研究
• 6.3.1 ZnO 纳米线的光致发光光谱
• 6.3.2 ZnO 纳米线的光致发光谱随激发光功率密度的变化
• 6.3.3 ZnO 纳米线发光机理
• 本章小结
• 参考文献
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 前景和展望
• 攻读博士学位期间发表论文及获奖情况
• 致谢