本文選題：ZnO納米晶 + 水熱法��； 參考：《山東大學(xué)》2011年博士論文

【摘要】：納米材料具有獨特的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)等,使其無論在基礎(chǔ)研究,還是在應(yīng)用領(lǐng)域都具有極大的研究價值。摻雜是一種使光電和半導(dǎo)體材料獲得理想特性的材料改性技術(shù)之一,因而通過可控摻雜制備性能可調(diào)的納米材料是一項重要的研究課題。 ZnO是一種重要的寬帶隙半導(dǎo)體材料。納米ZnO兼有納米材料和半導(dǎo)體材料兩方面的優(yōu)異性能,在場發(fā)射顯示器、太陽能電池、二極管、傳感器和紫外發(fā)光器件等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。水熱法作為ZnO納米材料的化學(xué)制備方法之一,由于形式多樣、操作簡便、成本較低、粒度可控等特點,已得到廣泛應(yīng)用。 本文通過水熱法和在氨氣氛中高溫退火等技術(shù),制備出不同形貌的ZnO和摻雜ZnO納米晶。采用X-射線衍射(XRD)、X-射線能量分散譜儀(EDS)、透射電鏡(TEM)/高分辨透射電鏡(HRTEM)、場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)以及選區(qū)電子衍射(SAED)等方法研究了ZnO納米晶的物相組成和微結(jié)構(gòu),探討了ZnO納米晶的反應(yīng)過程和生長機理。并借助于傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、紫外可見光譜(UV-vis)、光致發(fā)光光譜(PL)等手段表征和探討了ZnO納米晶的譜學(xué)特征和光學(xué)性能。 以二水醋酸鋅為鋅源,采用H_2O_2輔助水熱法在200℃下制備了粒徑分布均勻的ZnO納米棒。由HRTEM和SAED結(jié)果表明,這些納米棒是具有纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的單晶,每根納米棒都具有六邊形截面,并沿[0001]晶體方向生長。納米棒的直徑為120～300nm,長度為1～2μm。而在同樣條件下,不加H2O2制得ZnO棒的直徑為1～5μm,長度為5～20μm。光致發(fā)光結(jié)果表明,添加H2O2制得的ZnO納米棒在390nm處的紫外發(fā)射峰強度明顯增高。加入H2O2可以調(diào)節(jié)ZnO晶體的成核過程,降低晶體的生長速率,改善晶體的質(zhì)量。基于本研究的實驗結(jié)果,提出了ZnO納米棒的生長機理。 采用H2O2輔助水熱法,并以六水硝酸鋅為鋅源,在80℃的低溫下制備出粒徑更小(50～200nm)的ZnO納米棒。添加適量H2O2制備的ZnO納米棒的紫外發(fā)光峰強度增高,而缺陷發(fā)光峰則明顯降低。 以氯化鋅為鋅源,五水氯化錫為錫源,通過水熱法合成了Sn摻雜的ZnO納米晶。結(jié)果表明,制得的Sn摻雜的ZnO納米晶具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。隨著Sn摻雜濃度的增高,納米晶的平均粒度增加,晶體形貌由短棒狀向單錐和雙錐狀轉(zhuǎn)變。此外,晶體的形貌也隨前驅(qū)體溶液的pH值而變化。例如,當(dāng)前驅(qū)體溶液的pH值從7.0提高到12.0時,Sn摻雜的Zn0納米晶的形貌由長柱狀向短柱狀轉(zhuǎn)變。室溫下,觀測到Sn摻雜的ZnO納米晶有三個光致發(fā)光帶,分別為401nm處的紫外發(fā)光峰,433nm處的強紫光發(fā)射峰及466nm處弱的藍光發(fā)光峰。光致發(fā)光結(jié)果表明,Sn的摻雜主要改變納米ZnO的發(fā)光強度。由紫外可見光譜可以看出,Sn摻雜的ZnO納米晶在紫外區(qū)產(chǎn)生最大吸收峰,并隨著摻雜Sn濃度的增加而發(fā)生紅移。 將水熱法合成的雙錐體ZnO納米晶在氨氣氛中退火,制備了N摻雜的ZnO(NZO)納米晶。制備的NZO納米晶均為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu),其形貌仍為雙錐體。XRD結(jié)果表明,NZO納米晶較未摻N的ZnO的晶粒度增大,結(jié)晶度提高。光致發(fā)光結(jié)果表明,制得的NZO納米晶在389nm處有一強的紫外發(fā)光峰,而在468nm處存在一個很弱的藍色發(fā)光峰。與未摻雜的ZnO納米晶的PL光譜比較,NZO納米晶在555nm處的綠色發(fā)光峰消失,表明N元素的摻入補償了ZnO納米晶中的氧空位。 將水熱法合成的Al摻雜的ZnO (AZO)納米棒在550℃的氨氣氛中退火,制備了Al、N共摻雜的ZnO (ANZO)納米棒。結(jié)果表明,制備的AZO和ANZO納米棒均為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的單晶體。AZO棒的直徑明顯減小,平均直徑由未摻雜時的-3μm降到Al摻雜時的～70nm。EDS測試結(jié)果表明,Al、N兩種元素已摻入ZnO納米棒,而且N元素的摻入量隨Al摻雜濃度的提高而增加。光致發(fā)光結(jié)果表明,制得的AZO和ANZO納米棒在390nm處均有一強的紫外發(fā)光峰,而在468nm處都存在一個很弱的藍色發(fā)光峰。與AZO納米棒的PL光譜比較,ANZO納米棒在555nm處的綠色發(fā)光峰消失。
[Abstract]:Nanomaterials have unique surface effect, volume effect and quantum size effect, which make them have great research value in both basic and application fields. Doping is one of the material modification techniques to make the optical and semiconductor materials obtain ideal properties. Therefore, the controllable doping is used to prepare the nano material with adjustable performance. Material is an important research topic.
ZnO is an important wide band gap semiconductor material. Nano ZnO has excellent properties in two aspects, including nanomaterial and semiconductor material. The field emission displays, solar cells, diodes, sensors and ultraviolet light emitting devices have shown great potential applications. Hydrothermal method is one of the chemical preparation methods for ZnO nanomaterials. It has been widely used for its various forms, simple operation, low cost and controllable particle size.
ZnO and doped ZnO nanocrystals with different morphologies were prepared by hydrothermal method and high temperature annealing in ammonia atmosphere. X- ray diffraction (XRD), X- ray energy dispersive spectrometer (EDS), transmission electron microscopy (TEM) / high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), field emission scanning electron microscopy (FESEM) and selective electron diffraction (SAED) were used to study ZnO Na The reaction and growth mechanism of ZnO nanocrystalline are discussed, and the spectral and optical properties of ZnO nanocrystals are characterized by Fu Liye transform infrared spectroscopy (FTIR), ultraviolet visible spectrum (UV-vis) and photoluminescence (PL).
With two water zinc acetate as zinc source, ZnO nanorods with uniform particle size distribution were prepared by H_2O_2 assisted hydrothermal method at 200 c. The results of HRTEM and SAED showed that these nanorods were single crystal with fibrinite crystal structure. Each nanorod had hexagonal cross section and grew along [0001] crystal direction. The diameter of nanorods was 120 to 300nm, In the same condition, under the same condition, the diameter of the ZnO rod of the ZnO rod is 1~5 m without H2O2, and the photoluminescence of the length of 5~20 um M. shows that the UV emission peak intensity of the ZnO nanorods obtained by the addition of H2O2 is obviously higher. The addition H2O2 can adjust the nucleation pass of the ZnO crystal, reduce the growth rate of the crystal and improve the crystal quality. Based on the experimental results of this study, the growth mechanism of ZnO nanorods was proposed.
The ZnO nanorods with smaller particle size (50 ~ 200nm) were prepared by H2O2 assisted hydrothermal method with six zinc nitrate as zinc. The UV peak intensity of ZnO nanorods with a proper amount of H2O2 was increased and the defect luminescence peak decreased obviously.
Sn doped ZnO nanocrystals were synthesized by hydrothermal method with zinc chloride as zinc source and five water tin chloride as tin source. The results showed that the prepared Sn doped ZnO nanocrystals had six square wurtzite structure. With the increase of Sn doping concentration, the average grain size of nanocrystalline was increased and the crystal morphology changed from short rod to mono cone and dicone shape. In addition, crystal The morphology also varies with the pH value of the precursor solution. For example, when the current pH value of the flooding solution increases from 7 to 12, the morphology of the Sn doped Zn0 nanocrystals is transformed from a long columnar to a short column. At room temperature, there are three photoluminescence bands of the Sn doped ZnO nanocrystals, respectively, the ultraviolet luminescence peaks at 401nm, and the strong violet emission peaks at 433nm. The light luminescence peak of 466nm is weak. The photoluminescence results show that the doping of Sn mainly changes the luminescence intensity of nanoscale ZnO. As can be seen from the UV visible spectrum, the Sn doped ZnO nanocrystals produce the maximum absorption peak in the UV region, and the red shift occurs with the increase of the doping concentration of the doped Sn.
The N doped ZnO (NZO) nanocrystalline is prepared by annealing of the bipyramid ZnO nanocrystals synthesized by hydrothermal method. The prepared NZO nanocrystals are all six square wurtzite structures. The morphology of the nanocrystals is still double pyramid.XRD. The crystal degree of NZO nanocrystalline is higher than that of the ZnO without N, and the crystallinity is increased. The photoluminescence results show that the photoluminescence results show NZO nanometers The crystal has a strong UV peak at 389nm and a very weak blue luminescence peak at 468nm. Compared with the PL spectra of the undoped ZnO nanocrystals, the green luminescence peak of the NZO nanocrystals at 555nm disappears, indicating that the doping of the N element compensates the oxygen vacancy in the ZnO nanocrystals.
Al doped ZnO (AZO) nanorods synthesized by hydrothermal method were annealed in ammonia atmosphere at 550 C. The Al, N Co doped ZnO (ANZO) nanorods were prepared. The results showed that the diameter of the AZO and ANZO nanorods prepared by the prepared AZO and ANZO nanorods was obviously reduced in the diameter of the single crystal.AZO rods of the six square wurtzite. The results of DS test show that the two elements of Al and N have been added into the ZnO nanorods, and the addition of N elements increases with the increase of Al doping concentration. The photoluminescence results show that the prepared AZO and ANZO nanorods have a strong UV peak at 390nm, and there is a weak blue luminescence peak at 468nm. The PL spectrum ratio with AZO nanorods is compared to the 468nm. The green luminescence peak of ANZO nanorods at 555nm disappeared.

【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TB383.1

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本文編號：1827486