一维氧化锌纳米结构生长及器件制备研究进展

介绍了一维氧化锌(ZnO)纳米结构的形态(纳米线和纳米带等)及其特点,阐述了该结构生长及器件制备的方法,例如水热法和化学气相沉积法等. 概述了该结构在发光二极管和纳米发电机等方面的应用进展. 最后,对一维ZnO纳米结构的未来发展趋势进行了展望,并在新方法和新工艺等方面提出了一些建议. 关键词： ZnO 一维纳米结构 制备方法 光电子器件     

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。     

氧化锌纳米棒的生长过程研究

利用高分子聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和乙酸锌的配合物作为前驱体,在300 ℃温度下煅烧,并制备了氧化锌纳米棒。生成的产物用XRD,TEM,SAED等测试方法进行了表征。为了研究氧化锌纳米棒的生长过程,我们通过控制制备前驱体所需原料的比例不变,改变在300 ℃温度下煅烧的时间,分别为0.5, 3, 12和24 h,来观察生成产物的形貌特征。实验发现在110 ℃温度下干燥的前驱体中已经有氧化锌微晶生成;在300 ℃温度下煅烧0.5 h后就出现了明显的由几个纳米大小的微晶所组成的氧化锌纳米棒;煅烧3 h后的产物是结构非常完整的径直单晶ZnO纳米棒;12和24 h煅烧前驱体生成的ZnO纳米棒长度有所增加,ZnO的量基本保持不变。实验发现氧化锌的生长是沿着c轴方向,但是在横向也有生长方向。     

利用金作为反射镜的氧化锌纳米棒光泵激光

通过水热法在溅射了一层金的Si片上生长了ZnO纳米棒。实验观察到ZnO纳米棒的室温光致发光谱中出现了强的紫外发射峰,同时还伴随有弱的缺陷相关的发射,这表明通过该种方法生长的ZnO纳米棒晶体质量较好。同时,通过光泵浦也观察到了ZnO纳米棒中的激光发射。当激发光功率密度超过阈值,且进一步增加时则出现多个发射峰,其积分强度随着激发功率密度的增大呈非线性增长,进一步表明存在受激发射。利用金属层作为反射镜可以进一步降低损耗,从而达到降低阈值的目的。     

纳米氧化锌粉体的制备及发光性质的研究

采用沉淀法制备纳米ZnO粉体，探讨了晶粒尺寸与反应浓度和热处理温度的关系，并对所得到的纳米ZnO粉体的发光性质进行了研究，对不同温度热处理的样品的发光性质做了比较。ZnO的可见发光机制的解释一直未有定论。一部分作者认为绿光是由氧空位引起的；另一部分认为是锌空位造成的。本文的实验结果揭示了可见发光的内部过程，肯定了双声子参与的发光过程，支持了绿色是由锌空位造成的这一观点。此外，用230nm以下波长激发样品时，可见发光的行为明显不同于用325nm以上的波长去激发同一样品时的发光情形。实验表明高能激发，样品能发白光，因此，用ZnO做白光二极管是可能实现的。     

掺铟氧化锌纳米阵列的制备、结构及性质研究

通过碳热辅助化学气相沉积法,用Au做催化剂在850℃下制备了铟掺杂的氧化锌（In/ZnO）纳米阵列.纳米棒的尺寸均匀,表面光滑,直径约为400 nm,长为2—3 μm.能量色散谱和X射线光电子能谱分析表明, 六棱柱状的纳米阵列中成功地进行了In 的掺杂,含量约为08%.室温光致发光谱显示掺杂后的紫外发射峰位有红移,峰的半高宽变大, 没有观察到绿光发射峰位.拉曼光谱显示出ZnO的峰位有不同程度的偏移,并且有新的峰位出现,这表明In的掺杂有效地取代了部分Zn的晶格. 关键词： In掺杂 ZnO 纳米阵列 光致发光     

不同溶胶体系对纳米氧化锌发光特性的影响

采用溶胶-凝胶工艺制备ZnO纳米粉体,研究了两种不同溶剂下制备的纳米ZnO的荧光特性。实验结果表明两种氧化锌样品有相同的晶型和能带结构,其紫外发光相似,但其带间的可见发射表现出了巨大差异,其原因在于两溶剂的极性不同导致两体系凝胶、烧结的微过程不同,从而使两种ZnO样品的表面态结构和布局发生变化。     

不同溶胶体系对纳米氧化锌发光特性的影响

采用溶胶-凝胶方法制备ZnO纳米粉体,研究了两种不同溶剂下制备的纳米ZnO的荧光特性。结果表明两种氧化锌有相同的晶型和能带结构,其紫外发光相似,但其带间的可见发射表现出了巨大差异,其原因在于两溶剂的极性不同导致两体系凝胶、烧结的微过程不同,从而使两ZnO样品的表面态结构和布局发生变化。     

氧化锌纳米颗粒薄膜的近紫外电致发光特性研究

利用溶胶-凝胶法(sol-gel method)制备了ZnO纳米颗粒薄膜(ZnO nanoparticle film),并以此为发光层制备了结构为ITO/ZnO nanoparticle/MEH-PPV/LiF/Al的电致发光器件.通过调整器件发光层厚度,对器件的发光光谱和电学特性进行测试研究,发现该器件在一定的直流电压下可以得到以ZnO近紫外(中心波长390 nm)发光为主的电致发光光谱,显示出较好的ZnO近紫外电致发光特性.对该器件的发光机理进行了一定的研究,认为该器件的发光是基于载流子隧穿.     

四针状纳米氧化锌电磁波吸收特性

将四针状纳米ZnO作为吸收剂、环氧树脂为粘结剂制备成吸波涂层,分析了吸波涂层中的四针状纳米氧化锌含量及涂层厚度对吸波性能的影响,当涂层厚度为15mm时,吸收主要集中在15—18GHz波段;当涂层厚度增加到35mm后,样品的吸波性能提高明显,特别在6—11GHz之间的吸波性能提高显著,样品反射率小于-5dB的频率宽度达到136GHz(44—18GHz),其吸波性能相比较微米级ZnO有显著提高. 最后对四针状纳米氧化锌的吸波机理进行了讨论. 所研究的涂层在电磁波屏蔽方面具有较大的应用价值. 关键词： 四针状纳米ZnO 吸波性能 反射率 吸波机理     

热超构材料的研究进展

由于光波、声波、地震波和水波都遵循波动方程,所以,2006年光学隐身衣(optical cloak)原理在Science 杂志上发表后,光学隐身衣的设想很快就从最初的光波推广到了声波、地震波和水波,至今方兴未艾。由于热传导满足的是扩散方程,并且波动方程与扩散方程在物理机制上迥异,这就使得把光学隐身衣推广到热学隐身衣的尝试不得不面临来自原理上的挑战,可能也正因为如此,国际上对热超构材料的研究非常缓慢：早在2008年,就有学者在光学隐身衣的启发下,通过有限元模拟,揭示了热学隐身衣和热流反转等反常热功能或热现象,从而提出热超构材料(thermal metamaterial)的概念,但是,直到2012年,这个概念才被实验验证。由于其中蕴含着巨大的潜在应用价值,该实验工作发表后,热超构材料开始得到国际同行的广泛关注。文章的主要目的就是向读者介绍这一类新型功能材料——热超构材料的物理原理、发展历程及其理论和实验研究进展。     

磁化套筒惯性聚变研究进展

磁化套筒惯性聚变（MagLIF）是一种新的聚变构型,它结合了传统惯性约束聚变和磁约束聚变的优点,理论上可以显著地降低聚变实现的难度,未来必将朝着点火的目标进一步发展,具备极大的应用潜力。针对这一特殊构型,分别从理论、实验和工程三个部分介绍了国际上该领域主要的研究进展,内容覆盖理论研究、数值模拟、实验加载、测量与诊断、负载设计与加工、分解实验、构型改进等多个方面,通过该文能够对该领域的研究现状有相对完善的了解,对未来发展趋势也有一定的认知。

     

中远红外非线性光学晶体研究进展

3—5μm和8—12μm波段中远红外激光,在国防和民用领域均具有广泛的应用,作为全固态激光频率转换系统的核心部件,非线性光学晶体需要不断地优化和发展.本文从红外非线性光学晶体材料组成角度出发,总结了几种具有重大应用前景的磷族化合物(ZnGeP_2,CdSiP_2)、硫属化合物(CdSe, GaSe, LiInS_2系列,BaGa_4S_7系列)以及准位相匹配晶体(OP-GaAs, OP-GaP)等中远红外波段非线性光学晶体的研究进展.     

ZnO/Zn界面对纳米ZnO薄膜光学性质的影响

采用氧等离子体辅助电子束蒸发金属Zn后低温退火的方法制备纳米ZnO薄膜。利用X射线衍射(XRD)谱、拉曼(Raman)谱、X射线光电子能谱(XPS)以及光致发光(PL)谱等手段,分析了退火温度及ZnO/Zn界面对样品的结构和发光性质的影响。Raman结果表明随着退火温度的升高,界面模式(Es)振动减弱并向低波数方向移动。当退火温度为400℃时,界面振动消失,Zn全部转化成具有六方纤锌矿结构的ZnO,得到化学配比的纳米ZnO薄膜。PL谱表明,经400℃退火处理的样品紫外发射最强,发光性质最好。     

ZnO基紫外探测器研究进展

近年来，直接带隙宽禁带半导体ZnO（3．37eV）以其优越的光电特性而成为紫外探测领域研究中的新热点。文章介绍了不同类型的ZnO基紫外光敏探测器的结构和性能，并对ZnO基紫外光敏探测器的最新研究进展和应用前景进行探讨和展望。     

ZnO2与其热分解所得的ZnO粉末的拉曼光谱研究

利用ZnO2热分解方法制备的ZnO粉末的拉曼光谱,通过分析不同加热温度下所得样品强激光烧蚀后拉曼峰位的差异并对比其他方法所制样品的光谱,指出333 cm-1拉曼峰应当归结为E2(high)和E2(low)的差频,而661 cm-1峰为其二倍频。此外,在量化计算和红外光谱的辅助下,对文献中关于ZnO2粉末在400～500 cm-1之间所观测到的拉曼峰的指认提出了不同看法。     

哑铃状氧化锌纳米晶的合成及光谱研究

在较低温度范围内,采用醋酸锌和氨水,均相沉淀法合成了哑铃状ZnO纳米晶,利用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、紫外-可见（UV-Vis）光谱及荧光光谱对其形貌和光学性质进行了表征,并对其生长机理进行了研究。     

电化学沉积法制备ZnO纳米柱及自驱动紫外探测性能研究

采用提拉法在ITO衬底上制备种子层,并使用电化学沉积制备高度取向的氧化锌纳米棒,研究了不同提拉次数下籽晶层厚度与电化学沉积电位对氧化锌纳米棒形貌的影响。在此基础上,制备了自驱动型紫外探测器并测试了其光响应谱。结果表明,该探测器可以对部分紫外波段(300~400 nm)有选择性地光响应,峰值响应度为0.012 A/W。     

热氧化法制备ZnO纳米晶体、纳米线

以高纯Zn块为源材料,通过热氧化法制备了纳米ZnO薄膜。在950℃的温度和一定的压力条件下,通过改变生长时间,分别制备了ZnO纳米晶体、纳米纤维和纳米线。应用扫描电镜观察发现,在恒温生长条件下,纳米ZnO具有定向生长的趋势。随生长时间的延长,纳米晶体定向生长为纳米纤维,最后生长为超长的纳米线。