高质量ZnO微米棒的制备及其光学性质

利用水热法制备ZnO微米棒。醋酸镁[Mg(CH3COO)2.4H2O]、醋酸锌[Zn(CH3COO)2.2H2O]和六次甲基四胺(C6H12N4)以一定比例配置成反应溶液,把反应溶液加热到90℃,反应时间为24h,能够在硅衬底上生长高质量的ZnO微米棒。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪对ZnO微米棒的晶体结构和表面形貌进行了分析,结果表明,样品为细长条棒状结构,呈现六方纤锌矿结构,长径比可达10∶1,并且在[002]方向择优生长。在样品中并未发现镁离子,它有可能扮演着催化剂的角色。对ZnO微米棒的光致发光性能进行测量,由PL光谱分析可知,样品在384nm处有一个紫外发光峰,半峰全宽为13nm,紫外发光峰强度比可见发光峰强度大的多,样品的质量较好。     

制备一维可控形貌的ZnO微米棒

用化学溶液法以醋酸锌和六亚甲基四胺为原料在玻璃衬底上生长出不同形貌的亚微米和微米ZnO棒。探讨了反应液的酸碱度和反应液浓度对生成的ZnO棒形貌的影响，并分析了其生长机制。通过控制一定的酸碱度和溶液浓度，可以得到规则的六角ZnO棒状阵列。这种规则的六角棒沿着[002]方向生长。测量了样品的XRD，扫描电镜像(SEM)，并对其发光性能进行了测量分析。其中规则六角ZnO棒的光致发光光谱中有一很强的峰值650nm红色宽谱带和一峰值约387nm的激子发光峰。激子发光峰加宽，实际上是自由激子的发光峰(380nm)和Zni的发光峰(430nm)的叠加。而红色发光峰可能是Vo2+中的电子和价带中的空穴辐射复合所致。     

弯曲表面上ZnO 亚微米棒阵列的制备

以ZnS和金属Zn粉末混合物为蒸发源以及金属Zn片为衬底,利用热蒸发气相沉积方法,在弯曲的金属Zn微球表面上,成功地获得了ZnO亚微米棒阵列结构。场发射扫描电镜研究表明:在弯曲的Zn微球表面,能自组织地生长出大量的截面为六边形的ZnO亚微米棒,这些亚微米棒的平均直径为500nm,长约1μm。棒的顶部是平滑的。能量散射X射线谱结果表明:合成的产品只存在Zn和O两种元素,其成分比例接近1∶1。没有观察到S元素。光致发射(PL)光谱显示:在387nm紫外波长处,出现一个强的半峰全宽为16nm的窄发光峰,可归属于ZnO的近带边发光,而509nm左右较弱的宽峰则源于界面缺陷态发光。这些研究结果说明我们所合成的这种ZnO亚微米棒阵列材料在紫外受激发射器件方面有着潜在的应用价值。     

石墨烯对ZnO微米棒光学特性的影响

采用化学气相沉积(CVD)方法制备了具有良好结晶质量和(002)择优取向的ZnO微米棒。在此基础上,选取单根ZnO微米棒,将其部分搁置于单层石墨烯表面。光致发光(PL)谱结果表明,石墨烯不仅增强了ZnO微米棒的紫外发光强度,同时也对光场在ZnO微米棒中的分布有很大的限域作用。分析认为这是由于石墨烯的表面等离子效应引起了ZnO微米棒与石墨烯之间的光-物质相互作用导致的。在拉曼(Raman)光谱中,石墨烯对ZnO微米棒的E2(L)声子振动模和E2(H)声子振动模的强度具有明显的减弱效应,这进一步证明二者之间存在光子的传输和电荷的转移,从而导致其晶格振动受到抑制。     

醋酸锌热解温度对ZnO纳米棒的结构及光学性质的影响

采用水热法在普通载玻片上热解醋酸锌生成的ZnO种子层上制备ZnO纳米棒, 采用 X射线衍射仪、扫描电镜、分光光度计等测试手段详细研究了醋酸锌热解温度对 ZnO纳米棒的结构和光学性质的影响. 结果表明: 纳米棒的结晶质量、端面尺寸、宏观应力和透射率与醋酸锌热解温度有密切关系. 随着热解温度的增加, ZnO纳米棒具有的c轴择优取向性先增强后减弱, 拉应力先减小后增大, 可见光区的平均透射率先增大后减小. 热解温度为350 ℃时, ZnO纳米棒c轴择优取向性最强, 拉应力最小, 平均透射率最大. 端面尺寸诱导的表面散射 是影响ZnO纳米棒可见光区平均透射率的主要机制. 关键词： 醋酸锌 水热法 ZnO纳米棒     

两步溶液法制备亚微米ZnO棒阵列及其退火后的发光

通过改变溶液浓度、酸碱度等生长条件,用两步化学溶液沉积法在玻璃衬底上制备出有序排列的亚微米级ZnO棒阵列,棒的截面呈正六边形,直径约为200~500nm。测量了样品的XRD谱和扫描电镜像,证明这些样品都是六方纤锌矿结构的ZnO单晶,且以[002]方向择优生长。将样品退火前后的PL光谱进行比较分析,发现退火后样品的发射光谱中紫外峰消失而长波段的红色发光峰红移并且增强(峰位由630nm左右移到720nm),而其激发光谱中的室温激子激发峰也增强。当退火时间增加到6h后,出现了由430nm的蓝峰和505nm绿峰组成的宽谱带蓝绿色发射。并对发光机理进行了讨论。     

直立Zn_2GeO_4/ZnO纳米棒阵列的制备及其发光性质研究

利用化学气相沉积法(CVD)在表面溅射Au和沉积ZnO籽晶的硅衬底上分别生长高度有序、垂直密布的直立Zn2GeO4/ZnO纳米棒阵列,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和光致发光(PL)谱测试手段对所制备样品进行表征和发光特性的研究。所制备的Zn2GeO4/ZnO纳米棒的直径为350~400 nm,高度为10~11μm;室温PL谱观察到3个来源于Zn2GeO4的典型发光峰。最后,对CVD法制备的Zn2GeO4/ZnO纳米棒生长机理进行了分析。该种直立性良好的一维纳米棒材料可以广泛地应用到纳米光电子器件中。     

形貌依赖的ZnO阴极射线发光性质研究

采用溶剂热法,通过调节水和乙醇混合液的比例制备了多种形貌的ZnO微米结构。利用扫描电子显微镜（SEM）对ZnO微米结构的形貌及尺寸进行了观察。采用可以实现纳米级微观区域光谱采集的阴极射线发光（CL）技术,对不同形貌的单个粒子的光谱进行精细表征,获得了位置依赖的ZnO阴极射线发光数据。实验结果表明：ZnO材料的发光性质与形貌有关,由于形貌差异导致其局部结晶质量、界面缺陷、表面电荷分布、表面晶面等方面的差异,几种因素共同作用决定其最终的发光性质。     

联合体驱使生长法制备ZnO纳米棒及其表征

在常压环境下采用联合体驱使生长(Aggregation-driven growth)法在镀有ZnO纳米薄膜的医用盖玻片衬底和锌箔上制备了不同直径、高取向、密集生长的ZnO纳米棒阵列结构,发现平均直径与生长时间呈线性关系。X射线衍射(XRD)谱图中出现了较强的(002)峰,表明制备的纳米棒阵列具有高度c轴择优生长取向;高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和选区电子花样衍射图谱(SAED)结果表明我们得到的单根纳米棒为沿(002)生长的单晶结构。分析确定盖玻片上的纳米棒阵列是以ZnO纳米薄膜缓冲层上的ZnO种子颗粒为成核点生长形成的。     

简单溶液法制备氧化锌纳米棒及光学性质

以水合醋酸锌(ZnAc₂·2H₂O)和水合肼(N₂H₄·H₂O)为反应物,在未使用任何表面活性剂的简单反应体系中制得了ZnO纳米棒。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和室温荧光光谱对产物的晶体结构、形貌和发光性质进行了表征和分析。测试结果表明,所得产物为六方纤锌矿结构ZnO纳米棒,平均直径为120 nm,产物结晶完整,尺寸均匀。这种简单溶液法制备的ZnO纳米棒在386 nm处具有一个尖锐的紫外发光峰,发射光谱的半峰全宽仅为18 nm,在可见光区有一个较弱的宽频发光带。在该反应体系中通过调控混合溶剂的配比,不使用任何表面活性剂的条件下,为ZnO一维纳米棒的形核和生长提供了微型反应空间。     

一步溶液法制备ZnO亚微米晶体棒及其发光性能

用硝酸锌(Zn(NO₃)₂·4H2O)或醋酸锌(Zn(CH₃COO)₂·2H2O)分别与六亚甲基四胺((CH₂)₆N₄)以等浓度0.005mol/L配制成两种反应溶液,通过化学溶液法在玻璃衬底上生长出ZnO六角型亚微米棒(长5~8μm,直径300~700nm)。测量了样品的XRD和扫描电镜像。经XRD分析,所得样品均为纤锌矿的ZnO六角型晶体。扫描电镜(SEM)像表明,生长时间为3h或5h时,样品为细长条的棒状结构,长径比超过10:1;生长48h后的ZnO亚微米棒的一端被腐蚀成一定深度的ZnO亚微米管。用负离子配位四面体生长模型分析了ZnO亚微米棒的生长机理。ZnO亚微米棒退火前后的光致发光谱表明,退火处理后的发射谱中的紫外峰消失,而红色发光峰红移并且增强(峰值由630nm左右移到710nm),同时它的激发光谱中的室温激子激发峰也增强。     

气相沉积法生长不同结构ZnO纳米线及其发光

用Zn粉、Zn／In2O3／C粉作为不同锌源,通过气相沉积法在空气或N2／O2混合气氛下生长出多种形貌的ZnO纳米线（如：四脚状、多脚状、梳子状、绒棒状,以及纳米棒、纳米丝、纳米带等多种形貌）,直径约为50-1000nm,长度约为1—20μm。测量了样品的XRD谱、扫描电镜、透射电镜和选区电子衍射像,证明这些样品都是六方纤锌矿结构的ZnO单晶。四脚状样品的PL光谱显示样品存在近紫外峰（380nm）和绿峰（500nm）两个发射带,半峰全宽分别约为15,90nm,其峰值强度比其他方法（如溶液法）制得样品的峰值强。样品的尺寸对光谱强度有一定影响,但对谱峰位置并无影响。用He-Cd激光器的325nm激光对四脚状样品进行发射光谱分析,发现其近紫外激子发光大大增强而绿色缺陷发光相对较弱,近紫外的峰值位于383nm,半峰全宽约为16nm;绿峰峰值位于515nm,半峰全宽约为76nm。     

纳米ZnO生长及性质分析

利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)技术,在表面含有ZnO颗粒作为催化剂的Si(111)衬底上制备了ZnO纳米柱阵列。采用X射线衍射(XRD)、喇曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光(PL)谱分析了样品的晶体结构质量、表面性质和光学性质。结果表明,生长出来的纳米ZnO具有较好的c轴择优取向性。发现氧分压对ZnO纳米柱的生长有重要影响:当氧分压较低时,生长基于VLS机制;当氧分压较高时,生长基于VS机制;通过对N2O流量的控制可实现对ZnO纳米材料的可控生长。     

退火对常压MOCVD法生长的高结晶性能 ZnO薄膜发光特性的影响

研究了氧气退火和氮气退火对ZnO薄膜发光特性的影响。ZnO膜是采用常压金属有机化学气相沉积（MOCVD）法在蓝宝石（0001）衬底上生长的。原生样品1有一很强的紫外峰及较强的绿光峰（525nm附近）;原生样品2有很强的紫外峰,深能级发光几乎观察不到。然后从不同原生膜上取两块小样品,分别在氧气和氮气中退火,退火温度是400,500,600,700,800℃。结果表明,在700℃以下退火,退火气氛对ZnO膜的深能级发光影响较大;超过700℃后,退火温度对ZnO薄膜的发光影响大,但退火气氛影响不太明显。通过退火对ZnO薄膜发光特性的影响,讨论了ZnO膜中525nm附近绿光峰的起源。     

ZnO单晶的微区光致发光特性研究

ZnO单晶材料以其优良的综合性能在光电子器件方面掀起了研究热潮,因此对ZnO单晶的研究具有重要的理论和实践意义。采用激光辐照的方式,对ZnO单晶进行了光致发光(photoluminescence, PL)光谱实验,分析研究了ZnO单晶在不同温度(低温)和不同激光能量强度照射下其光致发光特性。研究结果表明,ZnO单晶内存在少量杂质及表面氧缺陷,这些结构对其发光特性有一定的影响;在低温条件下,ZnO单晶具有良好的发光特性,且随着温度的提高,发光光谱峰的位置会向长波长方向移动,但强度会减小;当激光光源的强度增大,ZnO单晶的PL发射光谱的强度也会随之增大,且峰的位置和相对强度不变。结合拉曼(Raman)光谱实验,从分子及原子振动、转动类型验证了纤锌矿ZnO单晶的六方晶系结构;配合X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)技术,得出ZnO单晶良好的结晶特性以及晶轴取向。     

单晶ZnO纳米线的合成和生长机理研究

用化学气相输运(CVT)方法合成了直径在20～120nm呈单晶结构的ZnO纳米线.利用场发射扫描电 镜(FESEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)以及选区电子衍射(SAED)等技术对ZnO纳米线的生长机理和结构进行 了系统研究,结果表明,纳米线的成核与Au Zn合金催化颗粒的饱和度有直接的关系,先饱和的颗粒上纳米线首 先成核.纳米线顶端合金颗粒组成的变化是导致纳米线生长终止的重要原因,大量纳米线的生长不是同时进行 的.本工作提供了支持纳米线气液固(V L S)生长机理的新实验证据,提出了氧化物纳米线的生长机理.     

ZnO单晶和BeZnO合金的生长及其紫外探测器研究

用分子束外延(MBE)的方法在c面蓝宝石衬底上生长出了高质量的ZnO单晶薄膜和BexZn1-xO合金薄膜。X射线光电子能谱(XPS)测试结果表明,合金材料中Be元素的摩尔分数分别为1.8%、4.9%、8.0%和15.3%。在此基础上制备了ZnO基和BexZn1-xO基的金属-半导体-金属(MSM)结构紫外探测器。ZnO单晶探测器的响应波长为375nm,在1V电压下,350nm处的光响应度高达43A/W,光电流和暗电流之比达到105量级。在BexZn1-xO基紫外探测器中,其截止响应波长随着合金中Be含量的增加逐渐蓝移,其中Be0.153-Zn0.847O合金探测器的截止响应波长为366nm,紫外波段和可见波段的光电流之比达到2~3个数量级,具有良好的信噪比。此外,提出了氧气等离子体表面处理降低探测器暗电流的方法,并使ZnO单晶探测器的暗电流降低了4个数量级。     

ZnO对硫硒化镉量子点玻璃发光性能的影响

以CdS、Se、Zn粉和玻璃基质为原料,采用高温熔融法制备了CdS_xSe_(1-x)量子点硅酸盐玻璃,研究了ZnO含量对CdS_xSe_(1-x)量子点发光玻璃微观结构及发光性能的影响。结果表明:ZnO对CdS_xSe_(1-x)量子点玻璃的发光性能有显著的影响,紫外-可见吸收光谱和荧光光谱分析结果说明在470 nm蓝光激发下,掺Zn O的CdS_xSe_(1-x)量子点玻璃中CdS_xSe_(1-x)量子点处于强限域区,出现了强烈的带边激子发射现象,证明量子点具有明显的量子尺寸效应。当样品中ZnO的质量分数为13%时,荧光光谱峰强最大,半峰宽最窄。