ZnO纳米带的光学性能研究
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二氧化硅(SiO2)基底上生长氧化锌(ZnO)纳米线是一种常见的材料结构,具有广泛的应用潜力。
以下是关于该结构的一些特点和应用:
1.结构特点:氧化锌纳米线是以二氧化硅基底为支撑物,在其表面上沉积生长出来的纳米
线状结构。
这些纳米线通常具有高度的晶体质量、较大的比表面积以及优良的光电性能。
2.生长方法:氧化锌纳米线的生长可通过多种方法实现,如化学气相沉积、溶液法等。
在
二氧化硅基底上生长氧化锌纳米线时,常使用热蒸发或物理气相沉积等技术。
3.光电性能:氧化锌纳米线具有优异的光电性能,包括高透明性、高光吸收率、宽带隙、
快速载流子传输等特点,因此在太阳能电池、光电器件、光催化等领域具有广泛应用前景。
4.器件应用:由氧化锌纳米线制备的器件广泛应用于光电器件领域,如柔性显示器、传感
器、发光二极管(LED)和激光器等。
纳米线结构的高比表面积有利于提高器件的性能和效率。
5.催化应用:氧化锌纳米线还具有优良的催化性能,可用于有机废水处理、催化剂载体以
及气敏传感器等领域。
总之,二氧化硅基底上生长氧化锌纳米线是一种重要的材料结构,在光电器件、催化和传感器等领域具有广泛的应用潜力。
其独特的结构和性能使之成为研究和开发新型功能材料的重要方向。
《纳米棒状ZnO自组装结构的制备及其光电性能研究》篇一一、引言随着纳米科技的发展,ZnO纳米材料因其优异的物理和化学性质,如高激子结合能、高电子迁移率等,被广泛应用于光电器件、生物传感器、光催化剂等领域。
本文以纳米棒状ZnO自组装结构为研究对象,探讨了其制备方法及光电性能,旨在为ZnO纳米材料的应用提供理论依据。
二、制备方法1. 材料选择与准备本实验选用高纯度的ZnO粉末作为原料,通过溶胶-凝胶法进行制备。
此外,还需准备乙醇、去离子水、表面活性剂等辅助材料。
2. 制备过程首先,将ZnO粉末溶解在乙醇中,形成均匀的溶液。
然后,加入表面活性剂,在搅拌条件下使溶液形成溶胶。
接着,将溶胶置于适当的温度下进行凝胶化处理,使ZnO纳米棒自组装形成结构。
最后,对所得产物进行清洗、干燥,得到纳米棒状ZnO自组装结构。
三、结构与形貌分析1. 结构分析通过X射线衍射(XRD)对制备的纳米棒状ZnO自组装结构进行物相分析,结果表明,所得产物为六方纤锌矿结构的ZnO。
2. 形貌分析利用扫描电子显微镜(SEM)对样品进行形貌观察,发现ZnO纳米棒呈规则的棒状结构,且自组装形成紧密的结构。
此外,通过透射电子显微镜(TEM)对纳米棒的微观结构进行进一步观察,发现其具有较高的结晶度和良好的分散性。
四、光电性能研究1. 紫外-可见吸收光谱分析通过紫外-可见吸收光谱测试,发现纳米棒状ZnO自组装结构在紫外区域具有较高的光吸收能力。
此外,通过对光谱数据的分析,可以得到其禁带宽度等光电性能参数。
2. 光致发光性能研究光致发光性能是评价半导体材料光学性能的重要指标。
通过光致发光光谱测试,发现纳米棒状ZnO自组装结构具有较好的光致发光性能,发光峰位明确,半峰宽较窄。
这表明其具有较高的光学质量和较好的结晶度。
3. 电学性能研究通过电学性能测试,发现纳米棒状ZnO自组装结构具有较高的电子迁移率和较低的电阻率。
这些电学性能参数对于评估其在光电器件中的应用具有重要意义。
《纳米棒状ZnO自组装结构的制备及其光电性能研究》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展,纳米材料因其独特的物理和化学性质,在众多领域展现出了广阔的应用前景。
其中,氧化锌(ZnO)作为一种宽禁带、高激发束缚能的半导体材料,因其良好的光电性能而备受关注。
本文以纳米棒状ZnO自组装结构为研究对象,详细探讨了其制备方法及其光电性能。
二、纳米棒状ZnO自组装结构的制备(一)实验材料与设备本实验所使用的材料主要包括氧化锌粉体、氢氧化钠、氢氧化钾等。
实验设备包括磁力搅拌器、高温反应釜、离心机、电镜等。
(二)制备方法本实验采用水热法制备纳米棒状ZnO自组装结构。
首先,将氧化锌粉体溶于适量的去离子水中,形成一定浓度的锌盐溶液;其次,向溶液中加入适量的氢氧化钠和氢氧化钾,调节溶液的pH 值;然后,将溶液置于高温反应釜中,在一定的温度和压力下进行水热反应;最后,通过离心、洗涤、干燥等步骤得到纳米棒状ZnO自组装结构。
三、结构与形貌分析(一)结构分析通过X射线衍射(XRD)技术对所制备的纳米棒状ZnO进行结构分析。
结果显示,所制备的ZnO为六方纤锌矿结构,具有良好的结晶性。
(二)形貌分析利用扫描电子显微镜(SEM)对所制备的纳米棒状ZnO进行形貌观察。
结果显示,所制备的ZnO为直径约几十纳米的棒状结构,且呈现出自组装的特点,形成了三维网络结构。
四、光电性能研究(一)光吸收性能通过紫外-可见光谱(UV-Vis)对所制备的纳米棒状ZnO的光吸收性能进行研究。
结果显示,ZnO纳米棒在紫外光区域具有较高的光吸收性能,且随着波长的增加,光吸收逐渐减弱。
(二)光电导性能在黑暗和光照条件下,分别测量所制备的纳米棒状ZnO的电流-电压(I-V)曲线。
结果显示,在光照条件下,ZnO纳米棒的光电导性能明显增强,表明其具有良好的光响应性能。
五、结论本文采用水热法成功制备了纳米棒状ZnO自组装结构,并通过XRD、SEM、UV-Vis和I-V等手段对其结构和光电性能进行了研究。
ZnO纳米线的研究进展摘要:ZnO纳米线是很重要的准一维纳米材料。
本文主要介绍ZnO纳米线的合成、结构分析、特性和应用。
首先,本文讨论了纳米线合成步骤的设计以及分别通过气相和化学生长方法合成纳米线。
其次,本文描述了ZnO纳米线独特的光电性能和气敏特性。
最后,本文对一些使用纳米线制作的新器件和应用进行了跟踪报道,如超灵敏的化学生物纳米传感器,染料太阳能电池,发光二极管,纳米激光器等。
1. 引言在纳米技术领域,最引人注目并且最具代表性的一维纳米结构主要有三种:碳纳米管、硅纳米线和ZnO纳米线/纳米带。
ZnO作为一种优良的纳米材料,已经引起人们很大的兴趣。
ZnO作为一种重要的半导体材料,在光学、光电子学、能源、生物科技等方面有广泛的应用(图1)[1]。
它所展现出的丰富的纳米结构形态,是其它材料无法比拟的。
图1 ZnO特性和应用的概要[1]2. ZnO的晶体结构通常情况下,ZnO具备纤锌矿结构,其晶胞为六角形,空间群为C6mc,晶格常数为a = 0.3296nm,c = 0.52065nm。
O2-和Zn2+构成正四面体单元,整个结构缺乏中心对称。
ZnO的结构可以简单描述为:由O2-和Zn2+构成的正四面体组成的大量交互平面,沿c轴叠加形成的,如图2所示[2]。
图2 ZnO的纤锌矿结构[2]3. ZnO纳米线的合成氧化物纳米结构的合成主要通过高温下的物理气相生长途径和低温下的化学途径。
3.1 VLS生长纳米线可以应用于制作激光器、发光二极管及场效应晶体管。
ZnO纳米线生长需要用到基底和晶体颗粒。
大规模优良的垂直ZnO纳米线阵列最早生长在(1120)晶面取向的蓝宝石基底上,其中用Au纳米颗粒做催化剂[3]。
不像通常的VLS过程,纳米线阵列的生长需要适当的生长速率,因为催化剂需要是熔融态,并且构成合金,从而一步步凝结,最后在蓝宝石表面上完成外延生长。
因此,需要相对较低的生长温度来减小气体浓度。
把ZnO和石墨粉末混合在一起,也就是碳热蒸发,可以把气化温度从1300℃降低到900℃。
ZnO:Eu~(3+)纳米材料中Eu~(3+)在晶格中占据位置及光学性能研究在现代光电材料中,作为发光材料中心的稀土离子在固体发光材料中扮演着重要角色。
这是因为稀土离子具有独特的电子层结构。
它们作为杂质掺入到晶体后,使得晶体材料表现出优异的光电性能。
ZnO是一种新型的光电材料,近年来,稀土离子掺杂的ZnO纳米材料的制备和光电物理性质被学术界进行广泛的研究。
ZnO可以作为稀土掺杂的荧光材料的基质,能够广泛应用发光二极管、液晶显示器、荧光探针等产品中。
本文通过三种不同的方法(尿素沉淀法,溶液化学法,溶剂热法)制备了不同形貌的ZnO:Eu<sup>3+</sup>纳米材料。
并用X射线衍射仪、扫描电子显微电镜、荧光光谱仪、拉曼光谱仪等测试方法对样品的结构、形貌、光学特性进行了表征。
本论文重点研究了Eu<sup>3+</sup>离子的不同掺杂量和不同退火温度对纳米材料的形貌、粒径尺寸的影响,以及对ZnO:Eu<sup>3+</sup>纳米材料中Eu<sup>3+</sup>在晶格中占据的具体位置和光学性能进行了研究。
得到的主要研究结论如下:1.本论文采用了尿素沉淀法、溶液化学法、溶剂热法制备了ZnO:Eu<sup>3+</sup>纳米材料。
通过XRD分析,三种方法制备的样品衍射峰强度都比较高,表明样品的结晶性能都良好。
通过与标准的ZnO衍射图谱对比,表明Eu掺杂ZnO晶体均为六角纤锌矿结构。
尿素沉淀法,溶液化学法所制备的样品中没有发现Eu203的衍射峰,说明掺杂元素Eu<sup>3+</sup>进入ZnO晶格中。
而在溶剂热法制备的样品中,在XRD图谱的大约28°处发现Eu203的衍射峰,表明有少量的Eu203的表面析出。
但由于掺杂量少,衍射峰的强度是比较弱的。
一.本课题的意义锌基Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体是一类重要的直接宽带隙半导体,ZnO和ZnS是其中的代表。
氧化锌的禁带宽度为3.37eV,硫化锌的禁带宽度则可达3.7eV。
与其它重要的宽带隙半导体(如氮化稼25meV)相比,它们具有较大的激子束缚能(ZnO~60meV,ZnS~38meV),远高于室温下的热能(26meV),是制作紫外/蓝光发光器件的理想材料[1]。
ZnO易于制成各种形貌的纳米结构,尤其是一维纳米结构,如纳米棒、纳米带、纳米管、纳米线和纳米弹簧等。
在薄膜晶体管的制作中,ZnO也有很好的应用。
同时,通过控制掺杂水平,可以使ZnO的电学性质实现从绝缘体到n型半导体到导体的转变而保持器光学透过性不变,使得ZnO非常适合做平板显示器或太阳电池的透明电极[2]。
另外,ZnO还是一种极有前途的自选电子器件候选材料。
ZnS是人们最早发现的半导体材料之一。
因其带隙宽、化学稳定性好、无毒环保、成本低等特点,硫化锌在光催化、光敏电阻、电/光致发光、非线性光学器件、传感器及注入激光中有着广泛应用。
它在可见光到远红外波段有着优良的透过性,加之其良好的化学、热血稳定性,使得ZnS成为光学窗口的首选材料之一。
随着技术的突破,ZnO和ZnS在光电器件、大功率、高温电子器件等方面展现出越来越巨大的潜力,成为新型光显示、光存储、光照明、激光打印、光探测器件以及医疗和军事等领域应用中的关键材料,因此研究ZnO和ZnS光学薄膜性能具有重要的实践意义和研究价值。
二.国内外状况早在上世纪六十年代,ZnO材料就已被观察到具有紫外受激辐射现象,到1996年ZnO 微晶薄膜获得了紫外激光的输出,ZnO才又重新引起了人们的注意。
1997年,美国《科学》杂志发表了题为“Will UV Laser Beat the Blues?”文章,称ZnO薄膜紫外发光发射研究见是一项伟大的工程[3]。
ZnO薄膜在发光领域的应用研究得到了广泛的重视,浙江大学季振国等人在石英玻璃衬底上制备出C轴择优生长取向的ZnO薄膜中科大在ZnO外延层和衬底上生长Zn缓冲层,获得了择优取向的ZnO薄膜,山东大学制备出了具有快速紫外光响应的六角密排结构的ZnO薄膜[4]。
纳米结构ZnO的制备及性能研究一、本文概述氧化锌(ZnO)是一种重要的半导体材料,因其独特的物理和化学性质,在纳米科技领域引起了广泛的关注。
纳米结构ZnO的制备及性能研究对于推动材料科学、电子学、光电子学、生物医学等多个领域的发展具有重要意义。
本文旨在深入探讨纳米结构ZnO的制备方法、结构特性、以及其在各种应用场景中的性能表现。
本文将概述纳米结构ZnO的基本性质,包括其晶体结构、能带结构、光学特性等。
随后,我们将详细介绍几种常见的纳米结构ZnO制备方法,包括物理法、化学法以及生物法等,并对比各种方法的优缺点。
在此基础上,我们将重点关注纳米结构ZnO的性能研究,包括其电学性能、光学性能、光催化性能、以及生物相容性等。
我们将通过实验数据和理论分析,全面揭示纳米结构ZnO的性能特点及其在不同应用场景中的潜在应用价值。
本文还将展望纳米结构ZnO的未来发展趋势,探讨其在新能源、环保、生物医学等领域的应用前景。
我们希望通过本文的研究,能够为纳米结构ZnO的制备和性能优化提供有益的参考,推动其在各个领域的实际应用。
二、ZnO纳米结构的制备方法ZnO纳米结构的制备方法多种多样,主要包括物理法、化学法以及生物法等。
这些方法的选择取决于所需的ZnO纳米结构的尺寸、形貌、纯度以及应用的特定要求。
物理法:物理法主要包括真空蒸发、溅射、激光脉冲沉积等。
这些方法通常在高温、高真空环境下进行,能够制备出高质量的ZnO纳米结构。
然而,这些方法通常需要昂贵的设备和复杂的操作过程,限制了其在大规模生产中的应用。
化学法:化学法因其设备简单、操作方便、易于大规模生产等优点,在ZnO纳米结构制备中得到了广泛应用。
其中,溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、水热法和微乳液法等是常用的化学制备方法。
例如,溶胶-凝胶法通过控制溶液中的化学反应,可以制备出具有特定形貌和尺寸的ZnO纳米颗粒。
化学气相沉积法则可以通过调节反应气体的流量、温度和压力等参数,实现ZnO纳米线的可控制备。
光响应的纳米粒子zno纳米粒子ZnO是一种具有光响应性质的材料,其在光催化、光电子学和光化学等领域有着广泛的应用。
本文将以人类的视角来描述纳米粒子ZnO的光响应特性,让读者感受到这种材料的神奇之处。
让我们来了解一下纳米粒子ZnO的基本特性。
纳米粒子ZnO是由氧化锌组成的微小颗粒,其尺寸通常在纳米级别,具有较大的比表面积和量子尺寸效应。
这使得纳米粒子ZnO在光响应方面表现出了独特的性质。
当纳米粒子ZnO暴露在光线下时,它会吸收光能并将其转化为其他形式的能量。
这一过程涉及到材料内部的电子和空穴的运动。
当光线照射到纳米粒子ZnO表面时,光子的能量被吸收,激发了材料中的电子和空穴。
这些激发的载流子会在材料中自由移动,并参与到各种光响应的反应中。
纳米粒子ZnO的光响应主要表现在以下几个方面。
首先,纳米粒子ZnO可用于光催化反应。
当纳米粒子ZnO暴露在光线下时,其表面会产生活性氧物种,如氢氧自由基和羟基自由基。
这些活性氧物种能够与有机物质发生氧化反应,从而实现水和空气的净化、废水处理和有机物的降解等环境应用。
纳米粒子ZnO还可以应用于光电子学领域。
由于纳米粒子ZnO具有优异的光电性能,可以将其用于光电探测器、光电传感器和光电二极管等光电子器件的制备。
这些器件可以将光信号转化为电信号,实现光信号的检测和传输。
纳米粒子ZnO还在光化学方面具有重要的应用价值。
纳米粒子ZnO 可以作为催化剂参与到光化学反应中,促进反应的进行。
例如,纳米粒子ZnO可用于光解水反应,将光能转化为化学能,并产生氢气和氧气。
这种反应有望实现可持续能源的制备和利用。
纳米粒子ZnO作为一种具有光响应性质的材料,在光催化、光电子学和光化学等领域有着广泛的应用前景。
通过光的激发,纳米粒子ZnO可以实现各种有益的化学反应和能量转化。
相信随着科学技术的不断发展,纳米粒子ZnO的应用会更加广泛,为人类带来更多的福祉。
摘要:ZnO作为一种重要的宽带隙半导体材料,具有较好的光学性能。
ZnO纳米带以其统一的几何尺寸,较少的线缺陷,作为特殊的纳米材料,展现了其独特的性质。
本文综述了ZnO纳米带的制备方法,掺杂不同物质对其光学性能的影响,也对当前对ZnO纳米技术的研究与应用做了简要介绍,并对其今后的研究进行了相应的展望。
关键词:ZnO纳米带光学性质Abstract:ZnO is an important wide band gap semiconductor material with special optical properties. ZnO nanobelts with its uniform geometry, less linear defects, as the special nanomaterial, demonstrated its unique character. This paper reviews the methods of synthesizing ZnO nanobelts, doped optical properties of different substances to their different effects, but also on the current of the ZnO nanotechnology research and application of a brief introduction, and the future prospects for research accordingly.Key words:ZnO nanobelts optical properties1 引言ZnO是典型的直接带隙宽禁带半导体材料,室温下的带隙宽度为3.37eV,具有较高的激子束缚能(~60meV),保证其室温下紫外激光发射[1]。
ZnO作为一种继GaN蓝光二极管诞生以来倍受瞩目的宽禁带直接带隙半导体,在紫外、蓝绿、黄红等波段都观察到光发射现象[2]。
1990年,日本科学家Iijima发现了碳纳米管,这种一维的纳米结构显示出了优异的电学和机械性质[3]。
通过对其不同纳米结构的研究,引发了人们对一维纳米结构的研究热潮。
现在可通过气相法、水热法、溅射法[4]、共沉积法、热蒸发法[5]、喷雾热解法[6]等方法,能制备出ZnO纳米棒、纳米线、纳米管、纳米带等一维纳米结构[7]。
ZnO纳米带自从2001年首次被合成以来,便引起了科学界广泛的关注,被称为继碳纳米管后的又一重大发现。
对于准一维的ZnO纳米带,其结构与一维的纳米线不同,因此产生的量子效应也不同。
为了进一步改善ZnO纳米材料的性能,我们通常采用第III、IV和V族元素等进行掺杂。
本文综述了ZnO纳米带中参杂In、Sn等物质对光学性能的影响,ZnO纳米带的相关应用并对其前景进行展望。
2 ZnO纳米带的制备ZnO纳米带作为一种研究和应用前景非常好的材料,其制备方法有很多,目前主要有气相法、水热法、磁控溅射法、热氧化法、喷雾热解法等方法。
2.1 气相法2001年王中林教授研究小组首次通过热蒸发法制备出ZnO、SnO、In2O3和CdO纳米带[8]。
在ZnO的制备过程中没有使用任何催化剂,把纯度99.9﹪的ZnO粉末放在Al2O3管中,再把A1203管放置在石英管炉子中进行加热。
温度控制在1400℃,蒸发时间2h,在常压下通入氩气,氩气的气压为300Torr,流速为50cm3·min-1。
将蒸发的产物沉积到放置在Al2O3管末端的Al2O3片上,呈白色羊毛状。
他们通过SEM观察,发现产物中包含大量的线状纳米结构,长度从几十到几百微米。
又通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)分析证实产物为纤锌矿结构的ZnO。
通过透射电子显微镜(TEM)图像显示了这种ZnO纳米结构呈带状,沿长度方向具有一致的宽度,其横截面呈矩形,宽度为10~30nm,宽厚比大约为5,如图1所示为ZnO纳米带的TEM图像。
通过高分辨率电子显微镜(HRTEM)图像和电子衍射分析,发现ZnO纳米带具有均匀的单晶结构,纳米带表面非常干净,几乎没有缺陷和断层。
他们等认为气-固生长模式(V-S)比较适合ZnO纳米带的生长,即在高温区域ZnO粉末蒸发形成气体,到低温区域后直接沉积到基底上长成了带状的结构。
由于纳米带的规则几何形状和极少的缺陷以及ZnO的优良性质,王中林教授等预言ZnO纳米带是研究低维的输运现象和制作功能器件的理想材料。
图1 ZnO纳米带的TEM图片[8]2002年Jun Zhang等人同样利用化学气相沉积的方法制备了ZnO纳米带[9]。
实验方法和装置与王中林教授等人采用的相同,但不同的是,Jun Zhang等人利用ZnC12作为原料,通入的氩气中混合了氧气,使实验温度降到了700℃,得到的产物(ZnO纳米带)长度从几十到几百微米,有的甚至达到毫米量级,宽度从几十到几百纳米,宽厚比值为2~10。
他们通过TEM和HRTEM观察发现,与王中林教授等的结果是一致的,ZnO纳米带表面也是均匀无缺陷。
他们对ZnO纳米带作进一步研究,通过观察ZnO纳米带的光致发光谱(PL)和激发谱发现,ZnO具有很强的绿光发射[4]。
2005年,Huang等人以ZnCu2合金为Zn源,以0.1mm直径的ZnCu2合金丝为衬底,通过Zn蒸汽与水蒸气反应制备了不同形貌特征的ZnO 纳米带[10]。
反应温度为900℃,将N2经过水浴后导入管式炉。
当N2流量为150 cm3·min-1、水浴温度20℃时,沉积产物为纳米带;当N2流量为300 cm3·min-1、水浴温度30℃时,沉积产物为一侧带齿的纳米带。
2.2水热法相对于热蒸发和化学气相沉积等气相方法需要高温和昂贵的实验仪器,水热法就显得简单易行,它只需要相对低的温度和简单的实验条件。
奚伊等人采用水热法成功合成了ZnO纳米带,他们用14.87g的Zn (NO3)2·6H2O,40g的NaOH及一些去离子水配制成100mL碱性溶液,而且注意,其中[Zn2+]=0.5mol·L-1,[OH-]=10.0 mol·L-1,它们的摩尔比为1∶20[11]。
取锌的碱性溶液3ml,加入到0.0~5.0ml去离子水和25.0~30.0mL的无水乙醇的溶液中,再加入5.0~6.0mL的亚乙基二酰胺(简称乙二胺: EDA), 其中Zn2+与EDA的摩尔比为1∶50~1∶60,然后对溶液进行超声20~40min 。
将上面配制好的生长溶液转到Teflon (特富龙)中,然后放入温度为150℃的烤箱中加热20h 之后取出,自然冷却至室温。
用离心机离心分离5min ,将上面的溶液倒出,然后用无水乙醇和去离子水对剩余的白色晶粒沉淀进行清洗,最后将其烤干收集,得到白色粉末,对其进行X 射线衍射(XRD )测试,如图2所示为ZnO 纳米带的XRD 图像。
同样,他们对产物又进行了SEM 测试,如图3为ZnO 纳米带的扫瞄式电子显微镜(SEM )图像。
该ZnO 纳米带长约为50μm ,宽约为50~300nm 。
他们指出,生长ZnO 纳米带时最关键的因素是温度,并给出了其生长示意图,如图4所示。
图2 ZnO 纳米带的XRD 谱图[11] 图3 ZnO 纳米带的SEM 图片[11]图4 ZnO 纳米带生长示意图[11] 2004年Zhang 等人也通过水热法制备出了ZnO 纳米带。
他们在实验ZnOH +Zn(OH)2Zn(OH)3-Zn(OH)42-ZnOZnO中加入了尿素作为模板来控制纳米带的成核和生长,并将一定量的ZnSO4和尿素溶液放人聚四氟乙烯制作的高压釜中,再加入一定的NaOH溶液,使pH值达到14[12]。
将配好的溶液放入烤箱中,在160℃条件下烘烤12h,最后取出清洗、干燥,得到的白色产物就是ZnO纳米带。
再通过TEM图像发现,ZnO纳米带沿长度方向具有统一的宽度,其宽度和厚度分别为20~400nm和10~20nm,较长的纳米带长度达到了几微米。
HRTEM图形显示,纳米带表面结构均匀,没有明显的缺陷,这一性质与通过气相方法制备的纳米带是一致的。
2005年,Gui等人通过Zn(CH3CO2)2和肼的水溶液发生水热反应制备了ZnO纳米带,然后将ZnO纳米带在空气气氛下经500加热保温3h,经扩散可形成了多孔的ZnO纳米带[13]。
2.3磁控溅射法2005年Choopun等人通过物理的方法—射频磁控溅射法成功地合成出ZnO纳米带[14]。
在实验中,ZnO纳米带产物沉积在Cu基底上,Cu 在纳米结构的生长过程中发挥了很重要的作用。
基底没有预先加热,没有氧气存在,用99.9﹪的ZnO粉末作为靶材,溅射室内气压抽至133.322×10-5 Pa,射频功率300W,溅射时间60min。
他们指出,在一般情况下,用溅射法制备的ZnO薄膜都是透明的,而他们通过采用上述方法得到的ZnO薄膜呈白色,这说明了ZnO纳米结构存在。
再通过TEM可以发现,得到的ZnO纳米结构为单晶的纳米带,其宽度约50nm,厚度10nm左右,而长度达到几微米,用这种方法同样可以制成ZnO纳米带。
2.4热氧化法任山等人利用金原子催化作用[15],在锌的熔点以下用低温氧化的方法制备出了ZnO纳米带,选取纯度为99.9%的锌块用砂纸磨光,然后按顺序研磨金相砂纸,磨完以后放到稀盐酸溶液清洗,然后用去离子水冲洗,并浸在无水乙醇中超声清洗5min,取出用去离子水清洗,吹干表面。
然后再采用PELCO SC-7仪器进行镀金,而且他们强调,要保证镀金电流为10mA。
然后把镀金好的样品放置于瓷舟中,把该瓷舟置于管式炉中加热,温度为400℃,时间为2h,气氛为空气。
反应完成后,取出样品,快速冷却到室温。
通过这种方法制备出的产物如图5所示为其SEM形貌图,长度在6到8 m之间,厚度大约为40nm。
图5 合成的ZnO纳米带SEM形貌图[15]3ZnO纳米带的光学性能ZnO纳米带的结构呈带状,几何规则,较少的线性缺陷,具有良好的光学性能,但若在前驱物中加入异种元素,一方面可以改变ZnO一维纳米结构的形貌,另一方面也可能实现ZnO半导体中有目的的掺杂,从而改变ZnO的光学、电学和磁学等性能。
以下综述了纯ZnO纳米带以及Sn、In等物质掺杂对ZnO纳米带光学性能的影响。
3.1无掺杂ZnO纳米带的光学性能任山等人通过热氧化法合成了ZnO纳米带[15],并对其光学性能进行研究,他们采用PL发光测量系统来表征(R IGAKU UV5560)ZnO纳米带的光致发光谱(PL)性质,其中的激发波长为325nm。
图6所示为镀金2min的样品的PL光谱图,可以看到两个主要的峰。