本文關(guān)鍵詞：ZnO納米結(jié)構(gòu)的制備及其光學(xué)性能的研究

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【摘要】：納米科學(xué)與技術(shù)是一個(gè)前沿的、交叉性的熱門科研方向。目前,納米科技的理論內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不僅涵蓋了化學(xué)、物理等基礎(chǔ)學(xué)科,同時(shí)也關(guān)乎與人類生活息息相關(guān)的工程學(xué)科以及醫(yī)藥學(xué)科。在室溫條件下,ZnO禁帶寬度和激子結(jié)合能分別是3.37eV和60meV,是一種集壓電、熱電和光電特性于一身的直接帶隙半導(dǎo)體材料。研究證實(shí),在光學(xué)器件、電學(xué)器件、傳感器件等方面納米ZnO有著廣闊的發(fā)展空間。ZnO納米材料的合成手段被廣泛報(bào)道,我們所主要采用的兩種方法為熱蒸發(fā)化學(xué)氣相沉積法和MBE法。其中,熱蒸發(fā)化學(xué)氣相沉積法是一種被廣泛用于制備納米結(jié)構(gòu)的氣相沉積法；MBE法是一種具有高清潔度、可精確控制的氣相沉積法。本論文主要介紹了利用以上兩種方法制備ZnO納米結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)方法,以及制備出的ZnO納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)性能與生長機(jī)理。主要的研究成果總結(jié)如下：1.在近大氣環(huán)境下,利用熱蒸發(fā)鋅粉的方法制備出球棒狀氧化鋅納米結(jié)構(gòu)。SEM結(jié)果表明納米棒由六邊棒頭、均勻變化的瓶頸和細(xì)把手構(gòu)成,球棒棒頭的直徑約為1-2微米,球棒把手的直徑約為100-300納米,納米球棒的總長約為幾個(gè)微米。SAED和HRTEM結(jié)果表明,氧化鋅球棒沿c軸,即[0001]方向生長。室溫條件下在383nm近紫外光波段有很強(qiáng)的光致發(fā)光峰,該峰是伴隨激子復(fù)合過程而發(fā)生的寬帶隙帶邊發(fā)射,屬于本征發(fā)射峰,說明制備的ZnO納米球棒缺陷很少,具有較好的結(jié)晶質(zhì)量和光學(xué)性能。根據(jù)對(duì)HRTEM結(jié)果的討論,我們提出納米球棒的生長分為動(dòng)力學(xué)控制部分、亞穩(wěn)態(tài)部分和熱力學(xué)平衡部分,這三個(gè)部分能夠合理的解釋納米球棒的形成過程。關(guān)于枝狀聚集體納米結(jié)構(gòu),我們認(rèn)為是由多晶晶核成核和納米棒輻射狀生長兩個(gè)過程形成的。2.基于氣一液一固(VLS)生長機(jī)理,在氧等離子體輔助的分子束外延系統(tǒng)中,在分別覆蓋有1nm厚的Zn和Au催化劑的Sj(111)基片上沉積生長了ZnO納米薄膜和納米線。FE-SEM結(jié)果表明, ZnO納米薄膜的致密程度和顆粒尺寸與基片溫度和生長時(shí)間密切相關(guān)：ZnO納米線有序、規(guī)整、稠密的分布在基片上,其直徑約為30nm,長度約為140nm。X射線衍射結(jié)果表明,ZnO納米薄膜和納米線結(jié)晶性較好,沿著[0001]c軸方向擇優(yōu)取向生長。ZnO納米薄膜和納米線的生長依照VLS生長機(jī)理,本文合理的解釋了納米線的生長過程。
【關(guān)鍵詞】：氧化鋅 納米結(jié)構(gòu) 熱蒸發(fā)化學(xué)氣相沉積 分子束外延 光學(xué)性能 生長機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 引言10-12
• 1.2 ZnO納米材料的性質(zhì)與研究熱點(diǎn)12-16
• 1.2.1 ZnO材料的基本性質(zhì)12-13
• 1.2.2 ZnO納米材料的重要性能13-15
• 1.2.3 ZnO納米材料的研究熱點(diǎn)領(lǐng)域15-16
• 1.3 ZnO納米材料的制備方法和生長機(jī)理16-20
• 1.3.1 ZnO納米材料的制備方法16-18
• 1.3.2 ZnO納米材料的生長機(jī)理研究18-20
• 1.4 選題背景與研究?jī)?nèi)容20-22
• 1.4.1 選題背景20
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容和論文結(jié)構(gòu)20-22
• 參考文獻(xiàn)22-24
• 第二章 ZnO納米材料的制備方法與表征方法24-35
• 2.1 概述24
• 2.2 ZnO納米材料的制備方法24-28
• 2.2.1 儀器設(shè)備24-25
• 2.2.2 分子束外延(MBE)的原理及特點(diǎn)25-27
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)過程27-28
• 2.3 樣品的表征方法介紹28-32
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡(SEM)28-29
• 2.3.2 X射線衍射(XRD)29-31
• 2.3.3 透射電子顯微鏡(TEM)31
• 2.3.4 光致發(fā)光譜(PL)31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 參考文獻(xiàn)33-35
• 第三章 熱蒸發(fā)化學(xué)氣相沉積法制備ZnO納米棒35-46
• 3.1 概述35-36
• 3.2 ZnO納米棒的制備過程和形貌結(jié)構(gòu)特征36-38
• 3.2.1 ZnO納米棒的制備過程36
• 3.2.2 ZnO納米棒的形貌和結(jié)構(gòu)特征36-38
• 3.3 ZnO納米棒的發(fā)光性能38-39
• 3.4 ZnO納米棒的生長機(jī)理39-41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 參考文獻(xiàn)43-46
• 第四章 MBE法制備ZnO納米薄膜及納米線46-58
• 4.1 概述46-47
• 4.2 MBE法制備ZnO納米薄膜47-50
• 4.2.1 ZnO納米薄膜的制備過程47
• 4.2.2 ZnO納米薄膜的形貌與結(jié)構(gòu)分析47-50
• 4.3 MBE法制備ZnO納米線50-51
• 4.3.1 ZnO納米線的制備過程50
• 4.3.2 ZnO納米線的形貌與結(jié)構(gòu)分析50-51
• 4.4 ZnO納米薄膜及納米線的生長機(jī)理51-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 參考文獻(xiàn)55-58
• 致謝58-59
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果59

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