纳米ZnO的形态控制及其发光性能

以醋酸锌为原料,以聚合物和表面活性剂为添加剂,水热法合成了两种新型的纳米ZnO结构.并采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)以及光致发光光谱(PL)等测试方法对所得产物形貌和光学性能进行了研究,并对对两种纳米形态的形成机理进行了初步的探讨.结果表明:所得产物为六角纤锌矿型氧化锌纳米晶,分散性良好,形貌为枣核状,而这种枣核状的粒子是由众多短棒状粒子取向生长而形成的.升高温度,则得到了直径约100 nm,长约2 μm 的两头尖的纳米棒,棒的表面依附生长了针状颗粒.     

可控形貌纳米氧化锌的制备及光学性能研究

以氯化锌为原料,以不同有机胺(乙胺、二乙胺、三乙胺、乙二胺)作为碱源,在160℃下合成出了不同形貌的纳米氧化锌.采用XRD、SEN、IR等对产物的结构和形貌进行了表征,研究了不同有机胺对纳米氧化锌形貌及发光性能的影响.结果表明:所制备的试样均为结晶良好的六方纤锌矿结构.乙胺和乙二胺在浓度为0.3 mol/L时,制备的氧化锌为棒状;二乙胺和三乙胺的浓度为0.3 mol/L时,制备的氧化锌为颗粒状.纳米氧化锌在424 nm和474 nm波长处呈现出蓝光发光峰,在525 nm波长处呈现出绿光发光峰.且在纳米尺度附近棒状氧化锌的发光强度要强于颗粒状的,当氧化锌的长度增加到微米范围时,发光强度反而降低.     

衬底放置方式对ZnO阵列形貌的影响

ZnO纳米棒阵列通过两步化学法制备,首先通过水热法在ITO衬底上制备ZnO晶种,然后把有ZnO晶种的ITO衬底垂直放入以氯化锌和氨水为溶剂的pH值为11的溶液,在85℃恒温条件下生长2h,然后在600 ℃对其进行退火处理,就得到了在ITO衬底上生长的ZnO纳米棒阵列.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、紫外可见分光光度计和光致发光谱仪(PL)对样品的晶体结构、形貌和光学性能进行了表征.结果表明制备的高密度棒状ZnO纳米阵列是垂直生长在ITO衬底上,纳米棒的直径大约为150nm,长约1μm,纤锌矿ZnO纳米棒沿着[0002]方向一致生长;ZnO纳米棒阵列在波长为300 ～400 nm处出现了很强的紫外吸收峰;ZnO纳米棒阵列的光致发光光谱在380 nm左右有一个极强的紫外发光峰.研究了衬底放置方式对ZnO晶种形貌和光学性能的影响.最后通过对棒状ZnO纳米阵列形成过程中可能涉及到的化学反应以及形成机理做了简单的分析.     

退火对电弧离子镀制备的ZnO薄膜的影响

采用阴极电弧离子镀在Si、Al2O3以及玻璃衬底上制备出具有择优取向的ZnO薄膜,并对其进行退火处理.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光光谱(PL)、紫外-可见光光谱仪对ZnO薄膜的结构、表面形貌和光学性能进行分析.XRD结果表明,所制备的ZnO薄膜具有很好的ZnO(002)择优取向,退火使ZnO(002)衍射峰向高角度方向偏移.SEM结果表明,随着退火温度升高,表面晶粒由隆起的山脉或塔状变为平面状,晶粒002面呈六边状.PL谱结果表明,随着退火温度的升高,紫外发光峰强度逐渐增强,可见光发光峰强度逐渐相对减弱.紫外可见光透过谱结果表明,退火使可见光透过率增高,光学带隙发生红移.     

常压混合碱液条件下ZnO单晶生长习性的研究

采用常压混合碱液法,以NaOH、LiOH和H2O的混合碱液作助熔剂,重复生长了无色透明的六方片状、六方柱状和带六方双锥的完整单晶.经X射线衍射确认所生长的晶体均为六方纤锌矿型ZnO.实验表明,生长体系中NaOH与LiOH的物质的量比及ZnO的物质的量分数都对晶体的形貌有明显影响.NaOH与LiOH物质的量比为10:1、ZnO物质的量分数为0.077时,获得ZnO晶体的尺寸、透明度为最佳.     

聚乙烯醇对ZnO纳米棒结构和光学性能的影响

以六水硝酸锌为锌源,聚乙烯醇(PVA)为分散剂,制备了纳米氧化锌(ZnO).利用X射线衍射(XRD)和电子扫描电镜(SEM)对氧化锌的晶体结构、形貌和尺寸进行了表征.利用吸收光谱对氧化锌的吸收率进行了测量.结果表明,所制备的氧化锌属于六方纤锌矿单晶结构,呈棒状结构.通过改变PVA含量,氧化锌纳米棒的长度可以从400nm到2μm可调.吸收光谱表明,随着PVA含量增加,吸收光谱发生红移.讨论了PVA作用下氧化锌纳米棒的形成机理.     

Al-H共掺杂ZnO薄膜的形貌及光致发光性能研究

在不同衬底温度条件下采用RF磁控溅射法在石英玻璃上沉积Al-H共掺杂ZnO薄膜.对所有样品进行晶体结构、表面形貌、电学、光学以及室温光致发光性能分析.结果表明:随着衬底温度的升高,ZnO薄膜的结晶度增加,晶粒增大,薄膜致密度增加;薄膜表面起伏变化减小;同时,电阻率最低达到7.58×10-4Ω·cm,透过率保持在75;左右.所有ZnO薄膜样品都以本征发光为主,Al-H共掺杂在一定程度降低ZnO薄膜缺陷发光的强度;随着衬底温度的升高,ZnO薄膜的本征发光强度明显增大;同时在能量为3.45 eV附近观察到了一个紫外发光峰.     

水热蒸汽法制备ZnO纳米棒的研究

采用新发展的水热蒸汽法,通过乙二胺蒸汽制备了高长径比的ZnO纳米棒.采用XRD、SEM、PL谱和拉曼光谱对产物进行了表征.结果表明ZnO纳米棒为六方柱形结构,纳米棒整体排列整齐,高度有序.ZnO纳米棒具有高度的取向性,沿c轴择优生长,大部分的ZnO纳米棒都垂直于基底.ZnO纳米棒在385 nm有一个本征发光峰,在433 nm、481 nm、520 nm之间有明显的缺陷发光峰,可能是由于氧空位和锌空位引起的.在生长温度为150℃的时候,450 ～ 550 nm之间发光峰强度远大于其他温度,可能是温度太高,生长速度太快,缺陷相对较多.ZnO纳米棒在437.61 cm-处特征峰明显,其峰值较高,结晶度较好,由于衬底存在微小的晶格失配,所以存在压应力.在120℃的生长温度,生长时间为12 h下,制备出的ZnO纳米棒长度为24 μm,直径为180 nm,长径比达到130:1.     

微波水热法制备ZnO纳米晶

采用微波水热(microwave hydrothermal,M-H)法在MDS-6型温压双控微波水热反应仪中成功地制备出平均晶粒尺寸为30 nm且呈现棒状形貌的ZnO纳米晶.并在一定的水热温度和反应时间下系统研究了微波水热反应过程中[Zn2+]离子浓度、反应釜填充比、反应物浓度比[Zn2+]/[OH]等工艺因素对ZnO纳米晶的晶粒尺寸及形貌的影响.采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和透射电子显微镜(TEM)对所制备的ZnO纳米晶进行表征.结果表明:所制备ZnO的平均晶粒尺寸约为30 nm,ZnO纳米晶呈现棒状形貌.随着[Zn2+]离子浓度的增加,ZnO纳米晶的晶粒尺寸先减小后增大;随着反应釜填充比和反应物浓度比[Zn2+]/[OH]的增大,ZnO纳米晶的晶粒尺寸先减小后增大,并逐渐趋于稳定.制备ZnO纳米晶的最佳反应条件为:[Zn2+]=1.6 mol·L-1;反应釜填充比=70;;[Zn2+]/[OH]=1/2.     

四针状ZnO晶须的制备及其光致发光性能

采用热蒸发氧化锌片的方法制备四针状ZnO晶须.并用X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)对ZnO晶须组成、结构和形貌进行了测试表征.结果表明:四针状ZnO晶须为六方纤锌矿结构;当前期升温速率为6c℃/min,保温温度为960 ℃,锌的投放量为5 g时,制得四针状ZnO晶须形貌均一规整,晶须针脚生长完全;光致发光(PL)谱图表明:四针状ZnO晶须有两处明显的荧光发射峰,390 nm附近的紫外发射峰由ZnO近带边激子跃迁引发,514 nm附近的绿光发射峰是表面态效应与氧空位电子引发的光生空穴效应共同作用的结果.