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Ⅱ-Ⅵ族化合物是一类重要的直接带隙半导体材料,具有独特的光学特性和其它重要的物理化学性质。发展简单可靠的生长方法,合成品质优良的Ⅱ-Ⅵ族半导体复杂纳米结构,一直是人们面临的挑战和追求的目标。本文开展了ZnS、ZnO复杂纳米结构的液相法合成工作,着重于参数的优化、结构形态的演化、生长机理的揭示以及相关物性方面的探索。主要创新性结果如下:
⑴发展了简单的无模板溶剂热合成技术,制备了平方厘米尺度面积、高度有序的ZnS纳米带阵列;提出并证实了生长速率控制/OH-辅助的择优生长模型,揭示了纳米带阵列的形成过程;首次报道了ZnS纳米带阵列具有的低阈值开关电压(3.8 V/μm)和高的场致增强因子(1839),展示了ZnS纳米带阵列在场发射领域潜在的应用前景。
⑵提出了基于氧化锌颗粒催化诱导的溶剂热合成策略,获得了大面积、分布密度可控的空心半球花状ZnS纳米结构阵列;揭示了源于“类-Kirkendall效应”的空心结构形成机制;场发射测试结果表明,这种ZnS纳米复杂结构阵列具有低阈值的开关电压(1.3 V/μm)和极高的场致增强因子(7.46×104),是一种性能优异的场发射材料。
⑶设计了一个基于水辅助调节乙二胺模板的二元液相体系,系统研究了乙二胺/ZnS杂化体和ZnS纳米结构的形态演化与控制,提出了乙二胺模板弱化的模型,揭示了形态和对应的光学性能的可控性。
⑷基于一种方法简单、条件温和的溶剂热技术,获得了蜂窝状ZnO微/纳复杂分级结构;系统研究了结构的形成及参数的优化,提出并证实了“蜂窝”结构的两步生长模型;发现这种蜂窝状微/纳结构ZnO具有很好的光催化特性。