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。     

铕掺杂氧化锌纳米棒阵列材料的制备及光学性能研究

通过低温化学方法在多孔硅柱状阵列(NSPA)衬底上制备得到铕掺杂ZnO(ZnO∶Eu)纳米棒阵列结构。实验方法简单、条件温和,有效地实现了ZnO纳米棒和铕离子之间的能量转移,丰富了ZnO纳米半导体材料体系的发光。X射线衍射以及X射线光电子能谱证实铕离子成功掺杂进了ZnO晶体中。室温荧光光谱测试结果表明:ZnO∶Eu纳米棒阵列可实现从紫外光到蓝-绿光的宽谱带发射,其中发光中心位于～380 nm的紫外光源于ZnO的带边发射,位于450～570 nm的蓝-绿光源于ZnO的本征缺陷发光,而位于～615 nm的红光发光则源于铕离子核外电子4f壳层结构。同时借助于能带示意图对光致发光机理进行了分析。     

掺银氧化锌纳米棒的水热法制备研究

利用水热法在直流磁控溅射制备的掺铝氧化锌 (AZO) 种子层上制备了不同形貌和光学性能的掺银ZnO纳米棒, 并采用XRD、扫描电镜、透射谱、光发射谱和EDS谱详细研究了Ag离子与Zn离子的摩尔百分比 (R_Ag/Zn) 及AZO种子层对掺银ZnO纳米棒的结构和光学性质的影响. 随着R_Ag/Zn的增加, 掺银ZnO 纳米棒的微结构和光学性质的变化与银掺杂诱导的纳米棒的端面尺寸变化有关. 平均端面尺寸的变化归结于种子层颗粒大小和颗粒数密度不同导致掺入的Ag离子的相对比例不同. 溅射15 min的AZO种子层上生长的ZnO纳米棒由于缺陷增多导致在可见光区的发光峰明显强于溅射10 min 的AZO种子层上、相同R_Ag/Zn 条件下生长的ZnO纳米棒. Ag掺杂产生的点缺陷增多导致可见光区PL波包较宽. 纯ZnO纳米棒的微结构与种子层厚度导致的结晶度和颗粒大小有关. 关键词： ZnO纳米棒 水热法 Ag掺杂 直流磁控溅射     

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     

热蒸发法制备ZnO纳米棒阵列

氩气氛常压下，利用热蒸发法，在无催化剂、无ZnO预沉积层的硅衬底上制备了取向良好，排列整齐的ZnO纳米棒阵列．在距Zn源不同位置的Si衬底上得到了不同形貌的样品．硅衬底置于锌源正上方是得到取向一致的ZnO纳米阵列的一个关键性条件．用场发射扫描电子显微镜、X射线粉末衍射表征样品表面形貌、晶体结构．进一步研究了样品的生长机制和荧光性质．     

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。     

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。     

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。     

一维有序ZnO纳米棒阵列的制备与表征

通过改进传统水热法的密闭、高压的条件,在非密闭、常压环境下在氧化铟锡玻璃衬底上自组装生长了取向高度一致并且分散性好的ZnO纳米棒阵列.首先将乙酸锌溶胶旋涂到氧化铟锡玻璃衬底上,经热处理得到致密的ZnO纳米晶薄膜,然后将其垂直放入前驱体溶液中通过化学溶液沉积生长得到ZnO纳米棒阵列.室温条件下,对样品进行了SEM和XRD的测试.表明生成的氧化锌纳米棒阵列沿c轴取向,实现了定向生长,且纳米棒结晶较好,为六方纤锌矿结构,直径约为40 nm,长度达到微米量级.室温下的吸收光谱表明,由此方法得到的纳米棒纯度较高,有强的紫外吸收.室温下,观测到了该有序ZnO纳米棒阵列在387 nm处强的窄带紫外发射,半高宽小于30 nm,在468 nm处还有一强度较弱的蓝光发射峰.     

花状ZnO纳米结构的液相合成和光学性能

在常压下,以ZnCl2和NaOH为原料,不添加任何表面活性剂等有机物质,研究了用60℃恒温搅拌的湿化学法制备花状纳米ZnO。XRD、SEM和TEM分析结果表明:所得纳米ZnO是由平均直径约为80nm左右的纳米棒组成的花状结构,其平均长度可达1μm;利用紫外-可见分光光度计测试了光吸收性能,发现ZnO产物对300～380nm波长范围的光有强的吸收性;室温光致发光光谱显示:产物在462nm和620nm处分别出现了蓝光发射和较强较宽的红光发射。     

GaN衬底的腐蚀程度对ZnO纳米棒阵列光学性能的调控

研究了在湿法腐蚀Ga N衬底上生长的Zn O纳米棒阵列的微结构和光学性能。相比于未经腐蚀及腐蚀5 min、10 min的Ga N上生长的Zn O纳米棒阵列,在腐蚀8 min的Ga N上生长的Zn O纳米棒阵列最细密,光学性能最好,其相应PL光谱峰强积分比IUV/Ivis最大(70.92)。因为此时Ga N衬底中的位错基本全部在表面露头,Zn O容易附着而形成更多的形核种子,并且衬底的位错在表面的边缘有助于诱导Zn O晶体的外延生长,所以Zn O棒更加细密,晶体质量更高,从而光学性能更好。     

Li掺杂ZnO纳米棒的导电和发光特性

利用气相输运方法,在(111)面硅衬底上制备了名义上原子数分数为2%的Li掺杂的ZnO纳米棒(样品A)。作为比较,我们在相同的生长条件下制备了没有任何掺杂的ZnO纳米棒(样品B)。XRD分析测试表明:样品A和样品B中的ZnO纳米棒具有纤锌矿六边形结构,没有其他氧化物,例如Li2O。Hall效应测量表明:样品A导电类型为p型,空穴载流子浓度为6.72×1016cm-3,空穴载流子迁移率为2.46 cm2.V-1.s-1。样品B为n型,电子载流子浓度为7.16×1018cm-3,电子载流子迁移率为4.73 cm2.V-1.s-1。低温光致发光光谱测试表明,样品A和样品B发光峰明显的区别是位于3.351 eV(样品B)和3.364 eV(样品A)处。根据文献报道,在没有掺杂的ZnO中,3.364 eV发光峰源于施主束缚激子发光。通过变温光致发光光谱的测试,证明了在样品A中,位于3.351 eV的发光峰源于受主束缚激子发光,其光学受主能级位于价带顶142meV处。     

水热法合成ZnO纳米棒图案及其场增强效应

利用水热合成方法在图案化的Au岛上合成了ZnO纳米棒图案,采用的溶液体系为六次甲基四胺和硝酸锌溶液,ZnO纳米棒的基底是ITO导电玻璃上的有序Au岛. 由于ZnO的异相成核速度在Au和ITO基底上具有不同的成核速度,因此ZnO优先生长在成核速度快的Au岛上,同时由于受到了溶液中前驱物种扩散的限制,纳米棒继续生长也被受到了约束. 通过调控六次甲基四胺和硝酸锌的浓度,可以调整不同的图案. 此外,利用X射线衍射、光致发光谱和场发射特性性能对水热合成的ZnO纳米棒图案进行了研究. ZnO纳米棒表现出良好的场增强性     

ZnO纳米球的溶剂热合成及其结构和光学性质

针对目前采用溶剂热方法制备的ZnO纳米球尺寸比较大,而模板法制备技术又比较复杂的缺点,用六甲基次胺(HDA)作为辅助试剂,采用溶剂热法制备出了小尺寸的ZnO纳米球。本方法不采任何模板,制备过程简单易操作,重复性好。在场发射电子显微镜下可清楚地看到所制得纳米球尺寸分布比较均匀,每一个纳米球都是由许多粒径在20~30nm的小球共同组成的。X射线衍射结果表明所得产物均为六角纤锌矿结构的ZnO。用谢乐公式算得的粒子尺寸在5~11nm,而且随着制备时间的延长和制备温度的升高,ZnO激子吸收峰发生红移,显示出明显的量子限制效应,这表明那些小球可能是由尺寸更小的ZnO纳米粒子所组成。光致发光谱中紫外发射与可见发射的强度比随着制备时间的延长和制备温度的升高而大,表明ZnO纳米粒子的尺寸增大,结晶性变好。     

水浴法制备ZnO纳米棒及其场发射性能

用硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)与六亚甲基四胺(C6H12N4)以等浓度配制成反应溶液,通过水浴法制备出了形貌可控的棒状ZnO纳米结构,讨论了不同反应浓度及衬底对ZnO表面形貌的影响.样品的XRD和扫描电子显微镜分析结果表明,所得产物均为六方纤锌矿结构,在有晶种层的衬底上制备出的ZnO纳米棒沿(001)方向并垂直于衬底表面生长.随着反应浓度的增加,ZnO纳米棒的直径增大,长径比减小.样品的场发射性能测试表明,反应溶液浓度为0.005 mol/L,以铜膜为晶种层的硅衬底上制备出的场发射阴极具有较好的场发射性能.     

六角锥状ZnO纳米结构的生长机理、结构及光学性能

利用醋酸锌[Zn(CH3COO)2·2H2O]和六次甲基四胺(C6H12N4)以一定比例配置成反应溶液,通过水热合成法制备了六角锥状ZnO纳米结构。同时,使用了扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射和选区电子衍射(SAED),对样品的形貌与结构进行了分析。结果表明,样品形貌成六角锥状结构,并且在[002]方向择优生长。通过对样品的光学性能测试,由PL光谱分析可知,样品在379nm处有一个较强的紫外发光峰,并且在可见光区域产生了一些较弱的可见光发射峰,表明制备的六角锥状ZnO纳米结构的晶体质量不是很好。除此之外,对六角锥状ZnO的生长机理也进行了讨论。     

铜掺杂氧化锌纳米棒的非线性光学响应竞争特性

利用飞秒脉冲激光激发Cu掺杂ZnO纳米棒,研究其特有的非线性光学性质和激发机制。在激发波长为750 nm的荧光光谱中,二次谐波峰非常弱,几乎可以忽略,存在非常强的激子发光峰和Cu掺杂导致缺陷发光峰。激发强度的增大会导致这两个发光峰强度呈非线性增大,激子发光峰位产生明显红移,而缺陷发光峰位没有变化。进一步增大激发强度,缺陷发光峰强度会出现饱和甚至有所下降,而激子发光峰强度持续增大。当激发波长增加到760 nm时,从样品的荧光光谱可以清楚地识别到二次谐波峰和激子发光峰以及缺陷发光峰并存。随着激发波长的进一步增加,二次谐波强度不断增大,而激子发光峰和缺陷发光峰的强度却随之下降。当激发波长为790 nm和800 nm时,未发现激子发光峰和缺陷发光峰,非线性光谱以二次谐波为主导。研究结果表明,通过选择合适的激发波长和激发强度,可以实现发光颜色的转变,使得Cu掺杂ZnO纳米棒在全光显示方面具有潜在的发展前景。