论文部分内容阅读
半导体纳米材料所具有的量子尺寸效应、小尺寸效应和表面效应使它呈现出许多新奇的特性,广泛应用于催化、医学、光学及功能材料领域。随着人们对半导体纳米材料所具有的特殊性质认识的提高,对半导体纳米材料制备方面的研究也日益深入。ZnO是一种直接带隙宽禁带半导体材料,它的禁带宽度为3.37 eV,并具有较高的激子束缚能(60meV)。ZnO具有优异的电学和光学性能,在催化、太阳能电池、气敏性传感器等多个领域得到了广泛应用。ZnO中存在的氧空位、锌间隙等诸多的本征点缺陷,对材料的电学、光学性能有着至关重要的影响,因此制备低缺陷的ZnO纳米材料就成为拓展其应用范围的一个关键所在,对ZnO进行掺杂就是改进其性能的方法。本课题主要研究内容包括以下几个方面:1、采用水热法制备了Sn掺杂ZnO微晶,研究了掺杂离子浓度和矿化剂对ZnO微晶的光学性能和形貌的影响,并通过X-射线衍射、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱、紫外-可见光吸收光谱和室温光致发光谱对其进行表征。结果显示:矿化剂的种类和离子掺杂浓度对ZnO形貌均有影响。当以氢氧化钠为矿化剂时,随着Sn掺杂浓度比的增加,部分微晶的粒度由100nm增加到500nm,晶体呈六棱锥状,显露六棱锥面p{10(?)1}和负极面O(000(?))。当采用氨水为矿化剂时,ZnO晶体多为双锥状,长度约为3-8μm,显露锥面p{10(?)1}、柱面m{10(?)0}和负极面O(000(?)),5%掺杂比的ZnO生成了许多片状晶体。利用生长基元的理论解释了掺杂ZnO微晶的生长机理,采用室温光致发光谱对其发光性能进行表征。结果显示,Sn4+掺入虽然没有形成新的发光峰,但发光强度比未掺杂样品有所增强。2、利用水热法合成了Al掺杂ZnO微晶,并经过在NH3氛围中高温煅烧进行表面N掺杂。运用XRD、SEM、EDS等方法研究其结构和表面形貌,并利用紫外-可见光吸收光谱对其光学性质进行研究。3、首次采用在水热过程中添加H2O2的方法,在低温条件下制备出粒度较大的ZnO晶体,并使用SEM和XRD等检测手段进行表征。结果表明:所制备的ZnO晶体结晶性能良好,最大线度超过了100μm,显露柱面m{10(?)0}和六棱锥面p{10(?)1},在制备的样品中还发现了大量的单锥簇。