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本文主要采用物理热蒸发法和交流电沉积法制备ZnO纳米线。利用不同的工艺条件,即蒸发温度、载气种类、反应气体含量等制备出了不同形貌的ZnO纳米线。借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪等设备分析了ZnO纳米线的形貌、结构、化学成分和物相。利用荧光光谱仪、激光拉曼光谱仪、场发射测试平台等测试了ZnO纳米线的光学性能和场发射性能。此外,本文还系统的研究了蒸发温度、载流气体种类、载流气体流量和反应气体含量以及催化剂等工艺参数对.ZnO纳米线生长的影响。本文获得的主要结果如下:
1)利用物理热蒸发法制备ZnO纳米线的最佳蒸发温度是800℃,温度过高或过低都不利于纳米线的生长。随着蒸发温度的升高,纳米线的直径越来越粗。以氩气作为载流气体,得到的纳米线直径均匀,生长有规律性,几乎不弯曲。而以氮气作为载流气体,纳米线直径不够均匀,弯曲和扭结较多,生长没有规律性。这是由于在相同温度下氩气和氮气的粘滞系数不同所致。在不同的催化剂条件下纳米线的生长遵循不同的生长机制。
2)在同种载流气体下,随着载流气体流量的增加,ZnO纳米线的长度增大,且生长具有一定的取向性,但是纳米线的直径变得不均匀;随着反应气体(氧气)含量的增加,纳米线的直径越来越粗,这与ZnO分子的过饱和度及氧偏压有关。ZnO纳米线的生长及形貌与ZnO分子的晶体结构密切相关,[0001]方向是其择优生长方向。
3)ZnO纳米线的光致发光谱和拉曼光谱表明,所制备的ZnO纳米线具有很好的发光性能和良好的结晶性,但其内部存在一定的氧缺陷。高电压下出现的场发射电流强度饱和是由于强电场下ZnO纳米线场发射电子的输运速度达到饱和所致。
4)采用交流电沉积的方法,在二次阳极氧化的多孔氧化铝模板(AAO)中可制备出高度有序的ZnO纳米线阵列。纳米线直径均匀,约30nm,略小于模板的孔洞直径,纳米线的长度约为3gm。