【摘要】：ZnO是一種新型的II-VI族直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料,ZnO納米材料兼具納米材料特性和半導(dǎo)體材料兩方面的獨(dú)特性質(zhì),在液晶顯示器、太陽(yáng)能電池、功能纖維、污水處理、光催化和紫外發(fā)光器件等領(lǐng)域表現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景。最近幾十年來(lái),關(guān)于ZnO納米材料,在制備方面的研究已取得了巨大的進(jìn)步,但仍存在很多問(wèn)題需要解決。目前,ZnO納米材料的形貌和微結(jié)構(gòu)的有效控制及其光學(xué)性質(zhì)的調(diào)控是研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)。 本文主要以ZnO納米結(jié)構(gòu)的形貌調(diào)控和發(fā)光性質(zhì)為研究對(duì)象,采用水熱法在低溫、無(wú)污染的情況下制備出ZnO納米棒、納米片、納米管、納米鉛筆和納米花,并研究了影響ZnO納米結(jié)構(gòu)形貌、結(jié)構(gòu)和性能的一些相關(guān)因素,主要包括反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等。最后,我們用X射線粉末衍射、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡對(duì)所制備出的不同形貌納米ZnO進(jìn)行表征并用熒光光譜儀探討了納米ZnO的發(fā)光特性。本論文的主要研究?jī)?nèi)容歸納如下： 1、發(fā)展了一種簡(jiǎn)單方便低能耗的ZnO納米結(jié)構(gòu)合成手段：僅僅以水和Zn片為原料,在不使用任何表面活性劑的前提下,獲得了形貌可控的ZnO納米材料,包括納米棒、納米鉛筆、納米管和納米花。結(jié)果表明ZnO為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu),且反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度對(duì)其結(jié)晶質(zhì)量和形貌起著關(guān)鍵作用。室溫下樣品PL譜在392nm附近有一個(gè)很強(qiáng)的紫外發(fā)光峰和532nm附近的一個(gè)相對(duì)較弱的綠光峰。此外,部分樣品還被觀測(cè)到一個(gè)中心波長(zhǎng)在473nm的藍(lán)光的發(fā)光峰。 2、采用水熱腐蝕的方法獲得了一種PVP/ZnO復(fù)合納米結(jié)構(gòu)：在使用PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)作為表面活性劑,采用水熱直接腐蝕Zn片方法,制備出了納米片狀的ZnO結(jié)構(gòu),所得樣品仍是六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)。其室溫下的PL光譜圖中只顯示出了一個(gè)很強(qiáng)的紫外發(fā)光峰,發(fā)光中心在380nm處,而沒(méi)有出現(xiàn)其他的發(fā)光峰。我們推測(cè)可能的原因是PVP有助于ZnO納米結(jié)構(gòu)結(jié)晶質(zhì)量的提高,獲得了高質(zhì)量的無(wú)任何缺陷的ZnO納米結(jié)構(gòu)。 3、獲得了一種自支撐結(jié)構(gòu)的ZnO納米陣列結(jié)構(gòu)：采用后續(xù)低溫退火的方法將剩余的Zn進(jìn)行氧化,獲得了ZnO片狀結(jié)構(gòu)支撐ZnO納米陣列的自支撐結(jié)構(gòu)。研究還發(fā)現(xiàn)隨著退火時(shí)間的增加,晶粒的尺寸也在逐漸的增大,但是PL譜圖中的發(fā)光強(qiáng)度則出現(xiàn)了先增后減的現(xiàn)象。發(fā)光強(qiáng)度的增加可能來(lái)源于短時(shí)間退火導(dǎo)致的結(jié)晶改善,而強(qiáng)度的減小我們推測(cè)可能是由于退火將Zn片氧化生成Zn0的過(guò)程中產(chǎn)生了巨大的內(nèi)應(yīng)力,從而產(chǎn)生了大量的缺陷,進(jìn)而造成發(fā)光峰的減弱。
[Abstract]:ZnO is a new type of II- VI direct band gap wide band gap semiconductor material. ZnO nanomaterials have both the unique properties of nanomaterials and semiconductor materials, in liquid crystal displays, solar cells, functional fibers, sewage treatment. Photocatalysis and ultraviolet light-emitting devices show potential application prospects. In recent decades, great progress has been made in the preparation of ZnO nanomaterials, but there are still many problems to be solved. At present, the effective control of morphology and microstructure of ZnO nanomaterials and the regulation of optical properties are the focus of researchers' attention. In this paper, the morphology regulation and luminous properties of ZnO nanostructures were studied. ZnO nanorods, nanowires, nanotubes, pencils and flowers were prepared by hydrothermal method at low temperature and without pollution. Some related factors affecting the morphology, structure and properties of ZnO nanostructures were studied, including reaction temperature, reaction time and so on. Finally, the prepared nano-ZnO with different morphology were characterized by X-ray powder diffraction, scanning electron microscope and transmission electron microscope, and the luminous properties of nano-ZnO were discussed by fluorescence spectrometer. The main contents of this paper are summarized as follows: 1. A simple and convenient method for the synthesis of ZnO nanostructures with low energy consumption has been developed: only water and Zn chips are used as raw materials without any surfactants. ZnO nanomaterials with controllable morphology, including nanorods, pencils, nanotubes and flowers, were obtained. The results show that ZnO is hexagonal wurtzite structure, and reaction time and reaction temperature play a key role in its crystallization quality and morphology. At room temperature, the PL spectra of the samples have a strong UV emission peak near 392nm and a relatively weak green peak near 532nm. In addition, a blue light peak with a central wavelength of 473nm was also observed in some samples. 2. A kind of PVP/ZnO composite nanostructure was obtained by hydrothermal corrosion. The nano-flake ZnO structure was prepared by hydrothermal direct corrosion of Zn sheet using PVP (polyvinylpyrrolidone) as surface active agent. The sample is still hexagonal wurtzite structure. The PL spectra at room temperature only show a strong UV luminous peak, and the luminous center is at 380nm, but no other luminous peaks appear. We speculate that the possible reason is that PVP contributes to the improvement of crystallization quality of ZnO nanostructures and obtains high quality ZnO nanostructures without any defects. 3. A self-supporting ZnO nanoarray structure was obtained. The remaining Zn was oxidized by subsequent low temperature annealing, and the self-supporting structure of ZnO flake structure supporting ZnO nanoarray was obtained. It is also found that with the increase of annealing time, the grain size increases gradually, but the luminous intensity in PL spectrum increases at first and then decreases. The increase of luminous intensity may be due to the improvement of crystallization caused by short time annealing, and we speculate that the decrease of intensity may be due to the huge internal stress produced in the process of annealing oxidation of Zn sheets to Zn0, resulting in a large number of defects. This leads to the weakening of the luminous peak.
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TB383.1

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本文編號(hào)：2495834