氧化物半导体的电化学制备、形貌调控和性能研究

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微/纳米材料的物理和化学性质依赖于它们的尺寸、几何形状、形貌以及排列方式等。具有特定尺寸和特殊形貌的无机微/纳米材料由于在基础研究和潜在的技术应用方面具有重要的研究价值而引起人们广泛关注。在溶液相合成晶体的体系中,晶体的成核和生长过程是控制材料尺寸和形貌的关键。本文从晶体学角度出发,以电化学沉积方法为主要合成手段,通过加入不同的有机或无机小分子为添加剂,制备了不同形貌、尺寸以及组装方式的ZnO、Fe<,2>O<,3>、Cu:O等材料,并对ZnO光电以及光学性质进行了初步的研究。主要内容如下: (1)以导电玻璃为基底开展了在水溶液体系中阴极电化学沉积制备ZnO薄膜研究。通过添加不同的无机盐、无机及有机小分子等形状调控剂,制备出包括六方颗粒、片、尖锥和棒等不同形貌的六方纤维锌矿型ZnO晶体结构薄膜。在氟化铵和氯离子共同作用下,得到具有特殊的菱形或四边形横截面的ZnFOH棒状产物,该产物在较为温和的条件下退火可完全转化成ZnO。光致发光测试结果表明,上述不同形貌的ZnO晶体具有良好的发光性能。 (2)在水或水和醇的混合溶液中,电化学沉积制备了尺寸和形貌可调的α-FeOOH和Cu<,2>O晶体薄膜。结果表明反应物的浓度、添加剂的种类和浓度对产物的形貌和尺寸有重要作用。 (3)建立了一种二次电化学沉积制备各种ZnO分层次纳米复合结构的方法。在第一次电沉积得到的ZnO纳米片、棒以及尖锥晶体表面上进行第二次电沉积生长ZnO纳米棒或锥,获得了片上长棒、棒上长棒以及锥上长锥等不同的ZnO微/纳复合结构。对这种复合结构的生长机理进行了分析,并初步研究了其光电转化性质。 (4)发展了一种电化学辅助溶解制备ZnO纳米管的方法。通过加入乙二胺分子对ZnO棒的侧面实施保护作用,制备了一系列壁厚尺寸可控的ZnO管,并对其生长机理进行了讨论。实验发现这种ZnO管在室温下具有激射现象。
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