ZnO纳米结构的PLD法制备与光致发光物性研究

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氧化锌(ZnO)是一种直接带隙宽禁带半导体材料。它具有很多的优异特性,如近紫外光发射特性、传感特性、生物兼容性等,在发光器件、紫外光探测器、气体分子传感器等方面有着非常重要的应用前景。特别是人们最近发现ZnO纳米结构可以作为一种荧光增强衬底极大增强生物荧光分子的荧光信号,进而应用于高灵敏度的生物分子探测。但是关于这一进展的系统研究工作尚未见报道,同时,由于水解反应,ZnO纳米材料在水溶液中的长期稳定性受到了质疑。基于SiO2的透光性、化学稳定性、生物安全性,易于生物分子偶联等特性,我们认为ZnO-SiO2核壳纳米结构可以作为优异的荧光增强衬底在生物分子探测领域有着重要的应用前景。脉冲激光沉积法(PLD)是一种制备高质量ZnO样品的重要方法,但是利用248nm脉冲激光器制备ZnO纳米结构和SiO2薄膜的工作鲜有报道。本论文首先对ZnO纳米结构的248nm PLD法制备进行了研究,制备了[002]取向的ZnO薄膜作为生长ZnO纳米结构的籽晶层,系统研究了衬底温度、氧气压、激光能量与靶基距等实验参数对于ZnO纳米结构的形貌和光致发光特性的影响,实现了ZnO纳米结构的可控生长。其次,本论文研究了PLD法下SiO2薄膜的制备及其透光特性。通过控制生长时间控制SiO2薄膜厚度与透光率。最后,我们在制备的ZnO纳米结构上沉积不同厚度的SiO2薄膜,制备出ZnO-SiO2核壳纳米结构,并在不同pH值的溶液环境中检验其发光的稳定性,证明了SiO2包覆提升了ZnO纳米结构在水溶液中,特别是碱性水溶液中的稳定性。这一研究工作增强了ZnO纳米材料在生物分子探测领域的应用性,并为下一步系统研究ZnO纳米结构的生物荧光分子荧光增强机制和性能优化奠定了基础。
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