本文選題：ZnO納米棒 + 生長(zhǎng)機(jī)制　； 參考：《大連理工大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：近年來(lái),ZnO納米材料因其在氣體傳感、光催化、表面增強(qiáng)Raman散射(SERS)等方面的潛在應(yīng)用價(jià)值而受到人們廣泛關(guān)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(jiǎn)單、成本低、結(jié)晶質(zhì)量好等特點(diǎn),廣泛應(yīng)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(guò)基片表面形貌調(diào)控的水溶液生長(zhǎng)花狀ZnO納米棒陣列的制備工藝,探討了表面應(yīng)力、外延關(guān)系對(duì)ZnO種子層及ZnO納米棒生長(zhǎng)行為的影響,分析了水溶液生長(zhǎng)參數(shù)在ZnO納米棒生長(zhǎng)過(guò)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(jié)果總結(jié)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(diào)控ZnO種子層的均勻性。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)使用圖形化藍(lán)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(dāng)采用脈沖激光沉積和磁控濺射等方法制備ZnO種子層時(shí),藍(lán)寶石基片與ZnO種子層間的外延關(guān)系對(duì)ZnO納米棒生長(zhǎng)的均勻性產(chǎn)生重要影響。因此,通過(guò)采用Si02層阻斷種子層與基片間的外延關(guān)系,實(shí)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(zhǎng),進(jìn)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(zhǎng)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(zhuǎn)變?yōu)槌H水性。(2)系統(tǒng)分析了溶液法中ZnO納米棒的生長(zhǎng)行為。研究結(jié)果表明：溶液濃度、反應(yīng)溫度和生長(zhǎng)時(shí)間均影響著ZnO納米棒陣列的基本特性,如密度、直徑和長(zhǎng)度等,其中溶液濃度的作用是決定性的。當(dāng)溶液濃度較低時(shí),ZnO納米棒密度較低,密度和直徑基本不隨生長(zhǎng)時(shí)間的增加而顯著變化。當(dāng)溶液濃度超過(guò)某一臨界值時(shí),初期的ZnO納米棒密度較大、直徑較�。浑S著生長(zhǎng)時(shí)間的增加,相鄰ZnO納米棒間合并導(dǎo)致ZnO納米棒密度下降、直徑增加。當(dāng)溶液濃度較高時(shí),近鄰ZnO納米棒間的合并在成核初期基本完成,所生長(zhǎng)的ZnO納米棒密度較低,直徑較大,且基本不隨生長(zhǎng)時(shí)間的增加而顯著變化。反應(yīng)溫度通過(guò)化學(xué)反應(yīng)速率影響著溶液中ZnO分子達(dá)到過(guò)飽和的時(shí)間,進(jìn)而決定著基片上ZnO納米棒的成核／外延生長(zhǎng)的開(kāi)始時(shí)間。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)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(kāi)始向接近平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)化,ZnO納米棒保持恒定的生長(zhǎng)速率,并伴有近鄰納米棒合并現(xiàn)象的發(fā)生。此外,通過(guò)種子層和金屬過(guò)渡層對(duì)ZnO納米棒成核／外延生長(zhǎng)的分析,提出了ZnO納米棒陣列在ZnO種子層和金屬過(guò)渡層上生長(zhǎng)分別屬于同質(zhì)和異質(zhì)成核生長(zhǎng),差異主要與ZnO納米棒的成核自由能有關(guān),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(guò)渡層上,ZnO納米棒成核自由能增加導(dǎo)致ZnO納米棒的成核密度明顯降低,但仍遠(yuǎn)高于低表面能基片。(3)通過(guò)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(guò)退火處理,制備了空心球形ZnO粉體。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步合成了海膽狀ZnO納米棒/球殼多級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)。結(jié)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(jī)分子液滴為核心的球形Zn(OH)2粉體的形成機(jī)制。同時(shí),提出檸檬酸鈉的加入起著抑制Zn(OH)2向ZnO轉(zhuǎn)化的作用,使得溶液中ZnO難以自發(fā)成核。(4)通過(guò)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(cè)結(jié)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(cè)能力。而且,這種3D SERS襯底具有均勻性好、使役壽命長(zhǎng)及可以循環(huán)使用等優(yōu)異性能。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)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(diǎn)外,這種3D SERS襯底制備工藝簡(jiǎn)單、成本低,更具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)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(yīng)歸因于量子限域效應(yīng),而更可能是與ZnO納米棒比表面相關(guān)的自由激子與束縛激子復(fù)合比例變化和激子-聲子相互作用增強(qiáng)引起的。此外,通過(guò)對(duì)Zn(OH)2和ZnO粉體的室溫?zé)晒夤庾V分析,提出Zn(OH)2和ZnO的復(fù)合熒光是人們?cè)赯nO納米結(jié)構(gòu)研究中經(jīng)常觀察到紫外熒光峰紅移至藍(lán)紫光區(qū)域現(xiàn)象的一種合理解釋。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TQ132.41;TB383.1

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