本文關鍵詞：ZnO線陣多孔結構的模板輔助法制備及光電性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：光電子器件和光催化器件對微納結構有高度的依賴性,在模板輔助下可以控制ZnO的形貌、精確調(diào)控ZnO的結構,并在此基礎上能提高材料的性能,是ZnO微納結構的重要研究課題。本文利用二維光刻膠和三維膠體模板輔助制備了ZnO微米棒陣列、ZnO反蛋白石和ZnO線陣多孔結構,并對其光學性能、電學性能和光催化性能進行了研究。為了制備與二維光刻膠圖案完全一致的的ZnO結構,在光刻膠模板的輔助下,采用“兩步生長法”,分別加入檸檬酸鈉和聚乙醇胺作生長輔助劑,通過提高前驅(qū)體溶液的濃度,使ZnO棒陣列與限制圖案實現(xiàn)更加完美的匹配。通過光致發(fā)光系統(tǒng)測試了不同條件下制備的ZnO微米棒陣列的光致發(fā)光特性,分析其結晶特性的變化規(guī)律,同時發(fā)現(xiàn)高濃度前驅(qū)體溶液制備的ZnO棒陣列結晶效果更好。采用電化學沉積法制備了ZnO-Cu2O棒狀異質(zhì)結和n-ZnO/p-Si棒狀異質(zhì)結,并測試了不同條件下制備的棒狀異質(zhì)結的電學性能。光學性能和電學性能都表明隨著限制孔徑的減小,ZnO微米棒的結晶質(zhì)量越高。三維膠體微球的輔助下可以獲得ZnO有序多孔結構,采用水熱法制備ZnO有序多孔結構尚未有報道,相比于電化學沉積法,水熱法可以提高ZnO的結晶性能。本文采用低溫水熱法,在膠體微球模板的輔助下成功制備了ZnO反蛋白石結構,分析了檸檬酸鈉、聚乙醇胺、溶液濃度和生長時間對ZnO反蛋白石結構的影響,發(fā)現(xiàn)在加入檸檬酸鈉前驅(qū)體溶液中獲得ZnO反蛋白石更加有序,缺陷更少。同時測試了不同孔徑ZnO反蛋白石的的反射光譜,分析了光子帶隙隨孔徑的變化規(guī)律。通過測試不同生長輔助劑下制備的ZnO反蛋白石的光致發(fā)光特性,分析生長輔助劑對ZnO反蛋白石結晶質(zhì)量的影響。采用原子層沉積的方法制備了ZnO-TiO2異質(zhì)結,分析了不同條件制備的ZnO-TiO2異質(zhì)結的光電流特性,同時也分析了其光致發(fā)光特性。采用水熱法制備的ZnO/TiO2復合反蛋白石結構的光電密度可以達到0.394mA·cm-2,光電轉(zhuǎn)化效率達到0.809%。在二氧化硅溶膠模板和膠體微球模板的共同輔助下,采用水熱法制備了ZnO線陣多孔結構,并對其光學特性進行了研究。
【關鍵詞】：模板 ZnO微米棒陣列 ZnO反蛋白石 ZnO線陣多孔結構
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN304.21;TB383.1
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-23
• 1.1 ZnO半導體材料簡介11-16
• 1.1.1 ZnO的晶格結構11-12
• 1.1.2 納米ZnO性質(zhì)12-16
• 1.2 有序微納ZnO陣列結構16-20
• 1.2.1 陣列模板的制備方法16-18
• 1.2.2 ZnO陣列結構的制備方法18-20
• 1.3 ZnO多孔結構20-22
• 1.3.1 多孔模板的制備方法20-21
• 1.3.2 ZnO多孔結構的制備方法21-22
• 1.4 本論文主要研究的內(nèi)容22-23
• 2 光刻膠模板輔助下ZnO的融合生長及光電性能研究23-53
• 2.1 光刻膠模板輔助下ZnO棒的生長23-29
• 2.1.1 磁控濺射ZnO籽晶層薄膜的制備23
• 2.1.2 磁控濺射ZnO籽晶層薄膜性能表征23-25
• 2.1.3 光刻膠模板輔助制備ZnO棒陣列25-29
• 2.2 自融合生長ZnO棒的光學性能29-45
• 2.2.1 不同濃度檸檬酸鈉作輔助劑生長的ZnO棒的光致發(fā)光29-31
• 2.2.2 不同濃度聚乙醇胺作輔助劑生長的ZnO棒的光致發(fā)光31-32
• 2.2.3 一步生長不同尺寸的ZnO棒的光致發(fā)光32-34
• 2.2.4 兩步生長不同尺寸的ZnO棒的光致發(fā)光34-36
• 2.2.5 兩步生長、Zn源加倍不同尺寸的ZnO棒的光致發(fā)光36-38
• 2.2.6 單晶ZnO襯底、兩步生長不同尺寸的ZnO棒的光致發(fā)光38-40
• 2.2.7 不同反應時間生長的ZnO棒的光致發(fā)光40-42
• 2.2.8 不同鋅源濃度生長的ZnO棒的光致發(fā)光42-43
• 2.2.9 兩步二次生長的ZnO棒的光致發(fā)光43-45
• 2.3 ZnO/Cu_2O、ZnO/p-Si復合結構的電學性能45-52
• 2.3.1 ZnO/Cu_2O異質(zhì)結電學性能46-49
• 2.3.2 ZnO/p-Si異質(zhì)結電學性能49-52
• 2.4 本章小結52-53
• 3 膠體微球輔助下水熱制備ZnO反蛋白石及光學性能和催化性能研究53-75
• 3.1 水熱法制備ZnO反蛋白石53-60
• 3.1.1 多層PS微球模板的制備53-54
• 3.1.2 預濺射ZnO籽晶層襯底上制備ZnO反蛋白石54-60
• 3.2 水熱法制備的ZnO反蛋白石的光學性能60-65
• 3.2.1 水熱法制備的ZnO反蛋白石的反射光譜60-61
• 3.2.2 水熱法制備的ZnO反蛋白石的光致發(fā)光61-65
• 3.3 ZnO/TiO_2復合結構的光催化性能65-73
• 3.3.1 ZnO/TiO_2復合結構的制備65-66
• 3.3.2 ZnO/TiO_2復合結構的光電流測試66-68
• 3.3.3 不同反應時間制備的ZnO/TiO_2復合結構的光電流特性 5768-69
• 3.3.4 有無檸檬酸鈉制備的ZnO/TiO_2復合結構的光電流特性 5869-70
• 3.3.5 多孔結構和棒狀ZnO/TiO_2復合結構的光電流特性70-71
• 3.3.6 不同襯底制備的ZnO/TiO_2復合結構的光電流特性71-72
• 3.3.7 不同濃度前驅(qū)體制備ZnO/TiO_2復合結構的光電流特性 6172-73
• 3.4 本章小結73-75
• 4 模板輔助下ZnO線陣多孔組合結構的制備及光學性能研究75-84
• 4.1 單層PS膠體微球模板的制備75-76
• 4.2 單層有序SiO_2膠模板的制備76-78
• 4.3 ZnO線陣結構的制備78-79
• 4.4 ZnO線陣多孔結構的制備79-83
• 4.5 本章小結83-84
• 5 結論84-85
• 參考文獻85-88
• 作者簡歷88-90
• 學位論文數(shù)據(jù)集90

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