论文部分内容阅读
ZnO是Ⅱ一Ⅵ族化合物，储量丰富，具有半导体、光电、热电、压电、光催化、气敏、生物相容等优良性质。在ZnO中进行其它元素的掺杂，可以改善和提高其性能，应用于各种传感器件、发光器件和显示器件中。Al掺杂的ZnO(AZO)导电薄膜成本低廉，可替代昂贵的氧化铟锡(ITO)作电极。在ZnO中掺杂Mg元素可以调节ZnO的禁带宽度，制备日盲探测器和紫外发光器件。
静电纺丝法是一种装置简单、成本低廉、生产纳米纤维膜的方法。我们采用静电纺丝法在Si基底上制备了不同Mg掺杂浓度的ZnO纳米纤维膜，利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光(PL)等手段对不同Mg掺杂浓度ZnO纳米纤维膜的表面形貌、晶体结构、化学成分、发光性能进行研究。扫描电镜结果表明MgxZn1-xO纳米纤维的直径在50-100nm。XRD结果表明在Mg掺杂浓度低于15％(x=0.15)时，晶体呈现ZnO六角纤锌矿结构，当掺杂浓度达到20％(x=0.2)时，晶体出现了MgO的分相。XPS结果表明Mg已成功掺入到ZnO纳米纤维中。光致发光谱表明MgxZn1-xO具有较强的紫外发射，而对于可见光的发射几乎观察不到，且随着Mg掺杂浓度的增加，发光峰明显出现蓝移，最大蓝移波长22nm，实现了对ZnO能带的剪裁。
采用静电纺丝法在Si基底上制备了不同Al掺杂浓度的ZnO纤维膜。研究了Al掺杂浓度对ZnO纤维膜表面形貌、晶体结构、光致发光和伏安特性的影响。SEM结果表明掺入导电性强的离子型盐类AlCl3后，更利于纺丝过程的进行，得到直径更小、均一程度更好的纤维。XRD结果表明Al掺杂浓度在8％以内时，不影响样品的晶体结构，晶体只呈现ZnO的六角纤锌矿结构。PL谱表明Al掺杂可以大大提高ZnO紫外发光强度，而对ZnO紫外发光峰的峰位置影响不大，只在很小的范围内发生移动。在对Al掺杂ZnO纤维膜的场发射测试中发现，Al掺杂ZnO纤维膜具有电阻开关的特性。
我们采用静电纺丝结合水热法制备了ZnO纳米纤维-纳米棒复合结构。SEM结果表明，使用静电纺丝结合水热法制备的纳米纤维-纳米棒结构具有很大的比表面积和孔隙率，实现了纳米纤维对纳米棒生长方向的引导。