ZnO亚微米和微米棒的晶体生长及发光性质

用硝酸锌Zn(NO3 )2·4H2O和六亚甲基四胺 (CH2 )6N4,通过化学溶液法在玻璃衬底上生长出ZnO六角形亚微米和微米棒(长 5~6μm,直径 0. 8 ~5μm)。生长时间达两天后,ZnO棒呈中空六角形微米管。测量了样品的X射线衍射(XRD)谱,扫描电镜像和喇曼光谱。ZnO微米棒的光致发光为橙红色宽谱带发射(峰值 630nm, 半峰全宽 250nm), 其激发光谱除带间本征激发(短于 370nm)外,还有很强的在导带底附近的室温激子激发峰(峰值 387nm,半峰全宽 30nm)。而阴极射线发光有两个发射峰,橙色宽谱带强峰 (峰值580nm,半峰全宽约为140nm)是缺陷发光峰,近紫外窄谱带弱峰(峰值 395nm,半峰全宽约为 20nm)是激子发光峰。     

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。     

水热法制备Co掺杂ZnO纳米棒及其光学性能

采用水热法在石英衬底上以Zn(CH3COO)2.2H2O和Co(NO3)2.6H2O水溶液为源溶液,以C6H12N4(HMT)溶液作为催化剂,在较低温度下制备了Co掺杂的ZnO纳米棒。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对所生长ZnO纳米棒的晶体结构和表面形貌进行了表征,考察了Co掺杂对ZnO纳米棒微观结构和对发光性能影响的机制。结果表明:Co掺杂的ZnO纳米棒呈六方纤锌矿结构,具有沿(002)面择优生长特性,Co掺杂使ZnO纳米棒的直径变细;同时室温光致发光(PL)谱检测显示Co掺杂ZnO纳米棒具有很强的近带边紫外发光峰,而与深能级相关的缺陷发光峰则很弱。本研究采用水热法在石英衬底上于较低温度下生长出了具有较高光学质量的Co掺杂ZnO纳米棒。     

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。     

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。     

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。     

MOCVD方法生长ZnO微米柱的结构与光学性质

通过X射线衍射、扫描电子显微镜和变温光致发光光谱对MOCVD方法生长在蓝宝石衬底上的ZnO微米柱材料的结构及发光特性进行了表征.X射线衍射结果表明,ZnO具有良好的c轴择优取向,扫描电子显微镜图中可观察出ZnO微米在呈六角结构生长,半径约为0.5～1.5μm.样品的发光光谱通过He-Cd激光器的325nm线激发,从光谱中发现低温(81K)下出现极强的与激子相关的带边发光峰,温度升高到360K时与自由激子相关的紫外发射峰仍然是清晰可见.     

水热合成ZnO:Cd纳米棒的微结构及光致发光特性

采用水热法制备了ZnO和不同掺杂浓度的ZnO:Cd纳米棒,通过SEM,XRD、拉曼光谱等的分析,研究了ZnO和ZnO:Cd的微结构并测试分析了其光致发光特性.结果表明,ZnO和ZnO:Cd纳米棒呈六角纤锌矿结构,Cd掺杂使得纳米棒体积更小.由于内部张应力的影响,Cd掺杂使得材料光学带隙减少.当掺杂浓度为2%时,合成的材料光致发光谱中出现了位于2.67 eV处,由导带底和Zn空位(VZn)缺陷能级跃迁造成的蓝光发射峰,并且Cd的掺入使得位于2.90 eV附近的紫光发射峰强度增强,对于研究ZnO蓝紫发光器件具有重要的意义.     

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。     

AlN微晶棒的的制备及光致发光性能研究

采用直流电弧放电方法,在无催化剂的条件下直接氮化Al合成纤锌矿结构的AlN微晶棒。分别利用拉曼光谱仪(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光(PL)谱等测试手段对所制备样品进行表征和发光性能的研究。结果表明:所制备的Al N微晶棒长度约为30μm,直径约为10μm。在AlN微晶棒的PL谱中,有两个主要发光峰,中心在430 nm的发射源于VN和(V_(Al)-O_N)~(2-)构成的深施主-深受主对缺陷发光,中心在650 nm的发射源于VAl形成的深受主能级到价带的缺陷发光。在激发波长由270 nm逐渐增大到300 nm的过程中发现,Al N微晶棒波长在430 nm处的发光峰先增强后减弱,在激发波长为285 nm时强度最大;650 nm处的发光峰随激发波长增大而逐渐增强。     

海胆状ZnO纳米线阵列的制备及其光学性能

采用一种低成本的有效方法制备出了有序排列的海胆状ZnO纳米线阵列。首先利用自组装的方法得到了单层的聚苯乙烯(PS)小球,以其为模板用水热法在小球表面生长ZnO纳米线,得到了由PS小球和ZnO纳米线构成的海胆状结构。纳米线的直径均一,长度可通过水热反应时间进行控制。利用这种方法制备的一维ZnO纳米结构在传感器、太阳能电池及光催化领域有潜在的应用价值。     

用电化学沉积方法制备钴掺杂的氧化锌薄膜及其光学性质

通过选用乌洛托品作为络合剂,采用电化学沉积的方法成功地制备出钴掺杂的氧化锌薄膜。通过对样品的XRD表征,得出生长的样品为ZnO纤锌矿结构,并没有其他杂相峰,即没有出现分相;通过对样品XPS的分析显示Co离子在薄膜中以+2价的形式存在;为进一步验证Co²⁺离子进入ZnO的晶格,对掺杂不同Co²⁺浓度的样品进行PL谱的测量,从发光光谱上可以看出随着掺杂Co²⁺浓度的增加,带隙逐渐变窄,发光峰位红移,证明Co²⁺部分取代了Zn²⁺而进入了ZnO晶格中。     

Na-Mg共掺杂ZnO薄膜的结构和光学性质

利用溶胶-凝胶法,在普通载玻片上使用旋转涂膜技术制备了具有c轴择优取向生长的Na-Mg共掺杂的ZnO薄膜。用XRD、SEM、光致发光(PL)及透射光谱对薄膜样品进行了表征。结果表明:Na-Mg共掺杂有利于ZnO薄膜的c轴择优取向生长,并且随着Na+掺杂浓度的增加,晶粒尺寸先增大后减小;通过比较不同掺杂浓度ZnO薄膜的PL谱,推测发光峰值位于380nm的紫外发射与ZnO的自由激子复合有关;发现掺入Mg的确能使ZnO禁带宽度增大,掺杂组分为Na0.04Mg0.2Zn0.76O时,其PL谱只有一个很强的紫光发射峰,其近带边紫外光发射强度较未掺杂的ZnO增强了近10倍,极大地提高了薄膜紫外发光性能;并且随Na+浓度增加薄膜透光性减弱。     

Fe掺杂ZnO纳米球的光学特性

采用微乳液法制备了Fe掺杂ZnO纳米球材料(Zn1-xFexO,x=0.1),利用XRD和TEM对制备样品的结构、形貌进行了表征。在室温下,测得材料宽化的吸收光谱。用325nm的激光激发,测量了ZnO纳米球的光致发光光谱,低强度激发时观察到半峰全宽较窄、峰值波长为385nm的紫光峰和半峰全宽较宽、峰值波长约625nm的深能级发光峰;两峰的发光强度和峰位随着激发光功率密度的变化而变化,但变化规律不同。所合成材料的吸收和发光性质与Fe掺杂相关。     

一步水热法在Al掺杂ZnO纳米盘上可控自组装合成ZnO纳米棒阵列

通过简单的水热合成路线,在没有模板、表面活性剂的作用和未处理的基底上合成出铝掺杂ZnO 纳米盘,并以纳米盘为基底自组装合成了ZnO纳米棒阵列.扫描电镜(SEM)观察到铝掺杂ZnO纳米盘的厚度为 200 nm,纳米盘的尺寸约为2 μm;纳米棒的直径约为150 nm,长约1.5 μm.通过不同生长阶段的形貌变化探讨了ZnO纳米结构的形成机理,表明自组装过程存在两个成核阶段.另外, 研究了铝离子掺杂对样品光致发光性质的影响.