發(fā)布時(shí)間：2017-06-29 17:03

  本文關(guān)鍵詞：水熱法制備ZnO納米棒工藝的優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：自上世紀(jì)90年代中期以來(lái),一維(1-D)納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料成為納米材料研究的前沿,相較于其它一維納米結(jié)構(gòu)材料,一維ZnO為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu),屬寬帶隙半導(dǎo)體材料,在室溫下具有較高的激子結(jié)合能(約為60me V),可獲得高效的激子發(fā)光。相較于其它一維ZnO納米結(jié)構(gòu),ZnO納米棒具有比表面積大,缺陷密度少,較好的光電性質(zhì)等優(yōu)勢(shì)。本文采用水熱法制備出棒狀ZnO納米陣列,研究了不同反應(yīng)條件下ZnO納米棒形貌、光學(xué)等性能的變化。本論文在制備ZnO納米棒前,首先采用溶膠凝膠法在石英襯底上沉積ZnO納米薄膜作為水熱法制備ZnO納米棒的籽晶層。探討了溶膠濃度,Na摻雜,種子層,旋涂層數(shù)對(duì)ZnO薄膜性能的影響。XRD測(cè)試結(jié)果表明:不同溶膠濃度下涂覆成膜的ZnO樣品XRD圖譜均顯示出(100)、(101)、(002)三個(gè)衍射峰,且在濃度為0.8 mol/L時(shí),樣品出現(xiàn)明顯的沿(002)晶面的擇優(yōu)取向性,衍射峰強(qiáng)度最高;Na元素的摻雜,替代Zn原子形成穩(wěn)定存在的Na Zn,使ZnO晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,抑制了(100)、(101)衍射峰的生長(zhǎng),(002)峰卻得以更好地發(fā)展,提高了薄膜的擇優(yōu)取向性;薄膜制備過(guò)程中,過(guò)渡層的引入,有效降低了薄膜晶體結(jié)構(gòu)與襯底之間失配率,使薄膜的結(jié)晶質(zhì)量明顯得到改善;對(duì)于同一濃度的溶膠來(lái)說(shuō),旋涂層數(shù)的多少對(duì)于制備出的薄膜樣品性影響甚微。采用水熱法制備ZnO納米棒陣列,探討了前驅(qū)物濃度、反應(yīng)時(shí)間、種子層、Mg、表面活性劑聚乙烯亞胺對(duì)ZnO納米棒形貌及光致發(fā)光性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著前驅(qū)物濃度的增加,ZnO納米棒的長(zhǎng)度減小、直徑增大,沿(002)晶面生長(zhǎng)的取向性變好,紫外發(fā)光強(qiáng)度也隨濃度的增大而增大。相較于無(wú)摻雜及Na摻雜的ZnO薄膜襯底而言,AZO(Al摻雜的ZnO)基底上制備的ZnO納米棒具有較高的致密度及更優(yōu)的取向性,PL譜也顯示出在391nm附近出現(xiàn)的高強(qiáng)度紫外帶邊發(fā)射,及465nm附近的微弱的藍(lán)光發(fā)射峰。Mg摻雜以及聚乙烯亞胺的添加,都會(huì)使ZnO納米棒的直徑減小,端面由六棱柱狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榧忮F狀結(jié)構(gòu)。在Mg與Zn的原子比為6:100時(shí),納米棒長(zhǎng)度可達(dá)2.32 um,此時(shí)樣品的紫外發(fā)射峰強(qiáng)度達(dá)到最大值。當(dāng)聚乙烯亞胺的濃度為0.003mol/L時(shí),納米棒的長(zhǎng)度達(dá)到4.39 um,樣品在393nm附近出現(xiàn)尖銳的,紫外發(fā)射峰,同時(shí)紫外帶邊發(fā)射峰強(qiáng)度達(dá)到最大。
【關(guān)鍵詞】：溶膠凝膠法 水熱法 ZnO納米棒 形貌 光致發(fā)光
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1;TQ132.41
【目錄】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第1章 緒論11-22
• 1.1 研究背景11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-19
• 1.2.1 ZnO納米棒制備方法的研究11-17
• 1.2.2 ZnO納米棒生長(zhǎng)機(jī)理的研究17-19
• 1.3 ZnO納米棒主要性質(zhì)及光電領(lǐng)域的應(yīng)用19-21
• 1.3.1 ZnO納米材料電學(xué)性能19
• 1.3.2 ZnO納米材料光學(xué)性能19-21
• 1.4 本論文的目的及研究?jī)?nèi)容21-22
• 第2章 ZnO納米晶薄膜的制備及實(shí)驗(yàn)方法22-32
• 2.1 溶膠凝膠法的工藝過(guò)程22-24
• 2.1.1 膠液的形成23
• 2.1.2 膠液的涂覆23
• 2.1.3 溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化23
• 2.1.4 凝膠的干燥23-24
• 2.1.5 凝膠的熱處理24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器設(shè)備24
• 2.3 ZnO納米薄膜的制備24-26
• 2.4 樣品的表征方法26-27
• 2.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析部分27-31
• 2.5.1 溶膠濃度對(duì)薄膜性能的影響27-28
• 2.5.2 摻雜對(duì)薄膜性能的影響28-29
• 2.5.3 有無(wú)種子層對(duì)摻雜薄膜性能的影響29-30
• 2.5.4 旋涂層數(shù)對(duì)薄膜性能的影響30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第3章 ZnO納米棒的制備及實(shí)驗(yàn)方法32-37
• 3.1 水熱法原理及特性32-33
• 3.1.1 水熱合成原理32-33
• 3.1.2 水熱反應(yīng)影響因素33
• 3.1.3 水熱反應(yīng)的種類(lèi)33
• 3.1.4 水熱反應(yīng)的特點(diǎn)33
• 3.1.5 水熱反應(yīng)的應(yīng)用33
• 3.2 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器設(shè)備33-34
• 3.3 水熱法制備ZnO納米棒實(shí)驗(yàn)方案34-35
• 3.4 樣品的表征方法35-37
• 3.4.1 X射線(xiàn)衍射35
• 3.4.2 掃描電子顯微鏡(SEM)35-36
• 3.4.3 光致發(fā)光光譜(PL)36-37
• 第4章 水熱法制備ZnO納米棒工藝的優(yōu)化37-60
• 4.1 前驅(qū)物濃度對(duì)ZnO納米棒形貌的影響37-41
• 4.1.1 種子層X(jué)RD圖譜37-38
• 4.1.2 ZnO納米棒SEM圖譜38-39
• 4.1.3 ZnO納米棒XRD圖譜39-40
• 4.1.4 ZnO納米棒PL圖譜40-41
• 4.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)ZnO納米棒形貌的影響41-44
• 4.2.1 種子層X(jué)RD圖譜41
• 4.2.2 ZnO納米棒SEM圖譜41-43
• 4.2.3 ZnO納米棒XRD圖譜43-44
• 4.2.4 ZnO納米棒PL圖譜44
• 4.3 襯底對(duì)ZnO納米棒形貌的影響44-48
• 4.3.1 種子層X(jué)RD圖譜44-45
• 4.3.2 ZnO納米棒SEM圖譜45-46
• 4.3.3 ZnO納米棒XRD圖譜46-47
• 4.3.4 ZnO納米棒PL圖譜47-48
• 4.4 C_6H_(12)N_4濃度對(duì)ZnO納米棒形貌的影響48-51
• 4.4.1 種子層X(jué)RD圖譜48
• 4.4.2 ZnO納米棒SEM圖譜48-50
• 4.4.3 ZnO納米棒XRD圖譜50
• 4.4.4 ZnO納米棒PL圖譜50-51
• 4.5 鎂摻雜對(duì)ZnO納米棒形貌的影響51-54
• 4.5.1 ZnO納米棒SEM圖譜51-53
• 4.5.2 ZnO納米棒XRD圖譜53-54
• 4.5.3 ZnO納米棒PL圖譜54
• 4.6 聚乙烯亞胺（PEI）對(duì)ZnO納米棒形貌的影響54-58
• 4.6.1 ZnO納米棒SEM圖譜55-56
• 4.6.2 ZnO納米棒XRD圖譜56-57
• 4.6.3 ZnO納米棒PL圖譜57-58
• 4.7 本章小結(jié)58-60
• 結(jié)論60-61
• 參考文獻(xiàn)61-66
• 致謝66-67
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄67

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