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纳米氧化锌颗粒是重要的氧化物半导体材料,具有广泛的应用范围。本文提出了一种新的制备纳米氧化锌的方法和工艺,对其结构、光、电性能进行了表征,并对纳米氧化锌的应用进行了初步研究。 我们知道,目前纳米氧化锌颗粒的制备方法很多,但现有各种制备方法通常存在工艺复杂、成本高、粒径与均匀性难以控制、产品纯度低的缺点,很难达到光、电应用所需的要求。因此很有必要研究一种纯度高、粒度可控且均匀性好、生产成本低、可规模化生产的纳米氧化锌颗粒的制备方法。为此,本文发明了一种利用金属锌与双氧水氧化反应生成氢氧化锌溶胶,再通过喷雾热解以及热处理生成粒径可控的纳米氧化锌颗粒的方法。该方法工艺简单、成本低,可以实现规模化生产,特别需要指出的是该方法不同于一般的湿化学方法,因为无需添加沉淀剂因而产品纯度很高。 本文比较系统地对制备的纳米氧化锌进行了表征。利用XRD分析了影响氧化锌颗粒粒径的因素,包括金属锌与双氧水反应时的反应温度、反应时间、反应物浓度、溶液PH以及产物的热处理温度。实验结果发现,热处理温度对粒径的影响最大,热处理温度从200℃升高到600℃时,纳米氧化锌颗粒的粒径从5nm增大到25nm,因此在本论文发明的方法中,纳米颗粒粒径可以通过控制热处理温度来控制。通过FTIR和Raman光谱研究了纳米氧化锌颗粒的中原子的键合形态,实验发现E1声子频率随着粒径减小出现较大的蓝移,而E2声子频率只有在粒径较小时才出现较明显的红移,分析表明氧化锌纳米颗粒内部可能存在应力。利用AFM、SEM和SAXS对氧化锌的形貌进行了表征,AFM和SEM照片显示氧化锌形貌为球形颗粒,SAXS分析结果显示这些颗粒没有明锐的相界面,其质量分形维数为1.9。 纳米氧化锌由于其优异的光电性能和潜在的应用价值因而成为研究热点之一。本文在成功获得纯度高、粒径可控的纳米氧化锌颗粒的基础之上,进一步研究了纳米氧化锌颗粒的光、电、气敏性质。本文利用紫外可见吸收谱和荧光光谱分别研究了纳米氧化锌颗粒的紫外可见光吸收性能和光致发光性能。经过分析发现,纳米氧化锌颗粒的光学禁带宽度一方面由于量子约束效