發(fā)布時間：2018-04-18 08:52

  本文選題：ZnO納米棒 + 生長機制��； 參考：《大連理工大學》2015年博士論文

【摘要】：近年來,ZnO納米材料因其在氣體傳感、光催化、表面增強Raman散射(SERS)等方面的潛在應用價值而受到人們廣泛關注。溶液法是制備ZnO納米棒陣列的主要手段之一,具有工藝簡單、成本低、結晶質量好等特點,廣泛應用于基于ZnO納米棒陣列的器件制備。本論文系統(tǒng)研究了通過基片表面形貌調控的水溶液生長花狀ZnO納米棒陣列的制備工藝,探討了表面應力、外延關系對ZnO種子層及ZnO納米棒生長行為的影響,分析了水溶液生長參數(shù)在ZnO納米棒生長過程中的作用,建立了一種基于表面形貌控制制備ZnO納米花陣列的方法。論文的主要研究結果總結如下：(1)在溶液法制備ZnO種子層的研究中發(fā)現(xiàn),可以利用基片的表面曲率調控ZnO種子層的均勻性。在此基礎上,通過使用圖形化藍寶石基片,制備出了大面積均勻的周期性花狀ZnO納米棒陣列。當采用脈沖激光沉積和磁控濺射等方法制備ZnO種子層時,藍寶石基片與ZnO種子層間的外延關系對ZnO納米棒生長的均勻性產生重要影響。因此,通過采用Si02層阻斷種子層與基片間的外延關系,實現(xiàn)了大面積均勻的周期性花狀ZnO納米棒陣列的各向同性生長,進而發(fā)展出基于絨面硅基片的非周期花狀ZnO納米棒陣列的制備工藝。與平面基片上生長的ZnO納米棒陣列不同,這種周期性或非周期性花狀ZnO納米棒陣列具有優(yōu)異的疏水性,并在紫外光輻照下逐漸轉變?yōu)槌H水性。(2)系統(tǒng)分析了溶液法中ZnO納米棒的生長行為。研究結果表明：溶液濃度、反應溫度和生長時間均影響著ZnO納米棒陣列的基本特性,如密度、直徑和長度等,其中溶液濃度的作用是決定性的。當溶液濃度較低時,ZnO納米棒密度較低,密度和直徑基本不隨生長時間的增加而顯著變化。當溶液濃度超過某一臨界值時,初期的ZnO納米棒密度較大、直徑較小；隨著生長時間的增加,相鄰ZnO納米棒間合并導致ZnO納米棒密度下降、直徑增加。當溶液濃度較高時,近鄰ZnO納米棒間的合并在成核初期基本完成,所生長的ZnO納米棒密度較低,直徑較大,且基本不隨生長時間的增加而顯著變化。反應溫度通過化學反應速率影響著溶液中ZnO分子達到過飽和的時間,進而決定著基片上ZnO納米棒的成核／外延生長的開始時間。研究發(fā)現(xiàn),當溶液中發(fā)生ZnO納米晶粒自發(fā)成核后,由于大量ZnO分子的析出,溶液中ZnO分子的密度開始向接近平衡狀態(tài)轉化,ZnO納米棒保持恒定的生長速率,并伴有近鄰納米棒合并現(xiàn)象的發(fā)生。此外,通過種子層和金屬過渡層對ZnO納米棒成核／外延生長的分析,提出了ZnO納米棒陣列在ZnO種子層和金屬過渡層上生長分別屬于同質和異質成核生長,差異主要與ZnO納米棒的成核自由能有關,ZnO種子層上ZnO納米棒的成核自由能低、成核密度大；在金屬過渡層上,ZnO納米棒成核自由能增加導致ZnO納米棒的成核密度明顯降低,但仍遠高于低表面能基片。(3)通過在硝酸鋅和六亞甲基四胺混合溶液中加入檸檬酸鈉,合成了球形Zn(OH)2粉體,并通過退火處理,制備了空心球形ZnO粉體。在此基礎上,進一步合成了海膽狀ZnO納米棒/球殼多級復合結構。結合掃描電子顯微鏡、X射線能量色散譜及光致熒光(PL)光譜分析,提出了一種以有機分子液滴為核心的球形Zn(OH)2粉體的形成機制。同時,提出檸檬酸鈉的加入起著抑制Zn(OH)2向ZnO轉化的作用,使得溶液中ZnO難以自發(fā)成核。(4)通過Ag納米顆粒修飾,制備出了基于周期性花狀ZnO納米棒陣列的三維(3D)SERS襯底。Raman檢測結果顯示：這種3D SERS襯底具有非常高的靈敏度,具備單分子檢測能力。而且,這種3D SERS襯底具有均勻性好、使役壽命長及可以循環(huán)使用等優(yōu)異性能。在此基礎上,進一步制備了基于絨面硅基片的非周期花狀ZnO納米棒陣列的3D SERS襯底。除了具有靈敏度高、均勻性好、可循環(huán)使用等特點外,這種3D SERS襯底制備工藝簡單、成本低,更具有實際應用價值。(5)系統(tǒng)研究了ZnO納米棒的室溫光致熒光特性,提出紫外熒光峰位隨ZnO納米棒直徑的變化不應歸因于量子限域效應,而更可能是與ZnO納米棒比表面相關的自由激子與束縛激子復合比例變化和激子-聲子相互作用增強引起的。此外,通過對Zn(OH)2和ZnO粉體的室溫熒光光譜分析,提出Zn(OH)2和ZnO的復合熒光是人們在ZnO納米結構研究中經常觀察到紫外熒光峰紅移至藍紫光區(qū)域現(xiàn)象的一種合理解釋。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ132.41;TB383.1

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本文編號：1767647