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准一维纳米材料,包括纳米线、纳米棒、纳米针、纳米带、纳米同轴电缆和纳米管等,近年来引起了极大的研究热潮。在这些材料中,氧化物半导体一维纳米材料又受到了特殊的关注,这不仅因为丰富多样的氧化物纳米结构不断被制备出来,更因为氧化物中阳离子价态可变、氧空位浓度可调,从而氧化物半导体的性质可以有效调控。ZnO是近年来受到广泛关注的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,它的一维纳米结构由于具有广泛的应用前景而引起研究者的极大兴趣。本文在综述目前ZnO一维纳米材料的制备方法的基础上,采用热蒸发法成功制备出多种ZnO的一维纳米结构,讨论了其形成机理,并研究了其发光性能。取得的主要结果如下：
(1)我们用高纯的ZnO粉末在1380℃的温度下合成了ZnO纳米线和一些特殊形貌的纳米结构。我们利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、X射线电子能谱仪、扫描电子显微镜等分析测试手段对样品进行了表征。扫描电镜分析显示ZnO纳米线产量较大,直径较小且有大于2000的长径比。X射线衍射和高分辨测试表明样品为六方纤锌矿结构。最后,我们对纳米线的生成机理也做了分析。
(2)采用热蒸发的方法在ZnO薄膜缓冲层上成功制备了高密度的ZnO纳米棒阵列,其中ZnO薄膜缓冲层分别通过脉冲激光沉积和磁控溅射的方法制得。与已有的报道不同,该方法未使用任何金属催化剂。X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、光致发光光谱和拉曼光谱的分析表明ZnO纳米棒阵列的形貌、取向、晶体质量和光学性能强烈依赖于ZnO缓冲层的质量。在晶体质量较好的ZnO缓冲层上生长的纳米棒阵列无论在晶体质量、取向,还是在发光性能上都要优于晶体质量较差的ZnO缓冲层上生长的纳米棒阵列。磁控溅射制备的ZnO缓冲层上生长的纳米棒阵列的场发射测试显示该样品的开启电压为0.282V/μ m,计算得出的场放大因子为1296。我们认为优质的场发射性能归因于纳米棒阵列好的取向和纳米棒六棱锥状的顶端。此实验表明我们可以通过控制ZnO缓冲层的质量来获得高质量高密度的具有垂直取向的ZnO纳米棒阵列。