ZnO纳米阵列的制备和稀土掺杂工艺及其发光性能的研究(摘要)

《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。

ZnO 纳米棒阵列、纳米片及其发光和光催化特性∗顾留洋;王树林【摘要】This paper prepared large scale ZnO nano-rod arrays and nano-sheets via sol-gel methods on Si sub-strates.We showed that the synthesized nano-arrays and nano-sheets grew along the(001)direction.With the Cu2+ blocking the growth of the polar surfaces,the nano-sheets looked structural homogenous and sized 8 nm in thickness and 40μm in area.The orientation of the nanostructures had significant influence on their physical-chemical performance.Strong orientation along the c-axis of nano-structured ZnO may be favorable for ultravio-let lasing,but may be disadvantageous to photo-catalytic reaction.%首先通过溶胶-凝胶法在 Si 片基底上制备1层ZnO 纳米薄膜,作为纳米棒的晶种层,然后利用金属浴沉积法在 ZnO 纳米薄膜基础上制备择优取向的ZnO 纳米棒阵列,最后通过水热法二次成核结晶形成纳米片.研究证明,ZnO 纳米棒阵列和纳米片均沿着c 轴取向.在 Cu2＋抑制极性面生长的作用下,形成的ZnO 纳米片结构均匀,分布面积广,单片 ZnO 纳米片的厚度约为8 nm,面积呈平方微米级,较大的有40μm2左右.ZnO 纳米结构的生长取向对其物理化学性能具有重要影响.高度沿c 轴取向的 ZnO 纳米棒有利于紫外光发射和激光器的发展,但极性面的缩小不利于光催化反应.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】4页(P3041-3044)【关键词】ZnO 纳米棒;ZnO 纳米片;光致发光;光催化【作者】顾留洋;王树林【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093;上海理工大学材料科学与工程学院，上海 200093【正文语种】中文【中图分类】O482.541 引言ZnO是一种直接宽带隙半导体材料，室温下禁带宽度为3．37 e V，激子束缚能高达60 me V［1］。

《ZnO纳米结构的掺杂调控及其异质结光电性能的研究》篇一摘要：本论文重点探讨了ZnO纳米结构的掺杂调控及其与异质结的光电性能。

首先，介绍了ZnO纳米结构的制备方法及掺杂技术。

接着，详细研究了不同掺杂元素对ZnO纳米结构光电性能的影响，并进一步探讨了ZnO基异质结的制备及其光电性能。

本文的研究结果为ZnO纳米结构及其异质结在光电器件领域的应用提供了重要的理论依据和实验支持。

一、引言ZnO作为一种宽禁带半导体材料，具有优异的光电性能和化学稳定性，在光电器件、传感器、太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。

近年来，ZnO纳米结构的掺杂调控及其与异质结的光电性能研究成为了一个热门课题。

通过对ZnO纳米结构进行掺杂，可以改变其能带结构、电导率和光学性质，从而提高其光电性能。

而ZnO基异质结的制备和性能研究则有助于进一步提高光电器件的性能。

因此，本文重点研究了ZnO纳米结构的掺杂调控及其与异质结的光电性能。

二、ZnO纳米结构的制备及掺杂技术1. 制备方法ZnO纳米结构的制备方法主要包括物理气相沉积、化学气相沉积、溶胶-凝胶法等。

其中，溶胶-凝胶法因其操作简便、成本低廉等优点被广泛应用于实验室研究。

2. 掺杂技术掺杂是改变ZnO纳米结构光电性能的重要手段。

常见的掺杂元素包括Al、Ga、In等。

掺杂过程中，通过控制掺杂浓度和掺杂方式，可以实现对ZnO纳米结构能带结构、电导率和光学性质的调控。

三、不同掺杂元素对ZnO纳米结构光电性能的影响1. Al掺杂ZnO纳米结构Al掺杂可以降低ZnO的电阻率，提高其导电性能。

此外，Al 掺杂还可以使ZnO的禁带宽度变大，提高其光学稳定性。

2. Ga掺杂ZnO纳米结构Ga掺杂可以显著提高ZnO的光吸收性能和光电导性能。

此外，Ga掺杂还可以改善ZnO的晶体质量，提高其发光性能。

3. In掺杂ZnO纳米结构In掺杂可以有效地提高ZnO的电子迁移率和发光效率。

同时，In掺杂还可以使ZnO的禁带宽度变窄，提高其在可见光区域的响应性能。

ZnO纳米材料的制备及其发光特性的研究本文采用溶胶-凝胶法（Sol-Gel）在石英基片上制备了Al掺杂ZnO（AZO）薄膜的种子层,采用水热法制备了Al掺杂ZnO纳米棒（AZO NR）及Al掺杂ZnO纳米管（AZO NT）,同时采用液相还原法制备了Cu修饰的AZO纳米管（AZO/Cu NT）。

得出以下结论:1.采用溶胶-凝胶制备AZO纳米薄膜,分析Al掺杂浓度、预热温度、退火温度和匀胶机的旋涂速率等工艺条件对ZnO薄膜性能的影响。

结果表明:样品在Al掺杂浓度为1.5 at.%、预热温度和退火温度分别为400℃和900℃时结晶质量最好,晶粒分别均匀,薄膜的光催化效率也最好;匀胶机的旋涂速率直接影响薄膜的择优取向性,速率为60 r/min时,样品的所有XRD特征峰齐全,表明制备的样品为氧化锌的六角纤锌矿结构,当速率增大到3000 r/min时ZnO样品呈（002）择优取向。

2.采用水热法制备AZO NR,分析Al掺杂浓度、水热温度、水热时间、聚乙烯亚胺和种子层厚度工艺条件对AZO NR性能的影响。

结果表明:Al掺杂浓度为4 at.%、水热温度95℃和水热时间为10 h时样品的结晶质量最好、内应力最小,样品的长径比最大;种子层的厚度越大,纳米棒越致密,而聚乙烯亚胺能有效的减小纳米棒的直径。

3.采用二次水热法制备AZO NT,用化学沉积法制备AZO/Cu NT,分析H₂O₂的量对纳米棒形貌的影响及不同形貌的样品对甲基橙（MO）光催化性的影响。

结果表明:H₂O₂为20 ml时AZO NR呈管状,且AZO/Cu NT表现出良好的光催化性能。

稀土离子掺杂ZnO纳米晶体的制备及其光电化学性能研究随着科技的不断发展，稀土材料作为一类具有独特性质和广泛应用前景的材料，受到了广泛关注。

其中，以ZnO为基础的稀土离子掺杂材料因其在光电化学领域的应用前景而备受研究者的关注。

本文将介绍稀土离子掺杂ZnO纳米晶体的制备及其光电化学性能研究。

1. 稀土离子掺杂ZnO纳米晶体的制备稀土离子是指元素周期表中三种不同的元素：镧（La）、铈（Ce）和钐（Sm）。

稀土离子掺杂ZnO纳米晶体的制备是通过溶胶-凝胶法实现的。

首先，取定量的Zn（NO3）2·6H2O和稀土离子盐作为起始材料，加入适量去离子水中，经过搅拌，得到混合溶液。

然后将混合溶液在常温下保温，并通过加入甲醇等表面活性剂来形成胶体，最终形成稀土离子掺杂的ZnO纳米晶体。

2. 稀土离子掺杂ZnO纳米晶体的光电化学性能研究稀土离子掺杂ZnO纳米晶体具有优异的光电化学性能，在光催化降解有机污染物、太阳能电池等方面展现出了广阔的应用前景。

在研究中，我们主要从光催化活性、结构表征和电化学性质三个方面来探讨其性能。

(1) 光催化活性通过对其在光催化降解有机污染物的实验表明，稀土离子掺杂ZnO纳米晶体具有更好的光催化活性，其降解率可以达到90%以上，并且在长时间的稳定性测试中也表现出了很好的稳定性。

这主要是由于稀土离子的掺杂提高了ZnO的载流子寿命和光吸收能力。

(2) 结构表征通过对其结构的表征，我们发现稀土离子的掺杂可以改善ZnO纳米晶体的结晶度、表面积和孔径分布，从而提高了其光电化学性能。

此外，掺杂的稀土离子还可以影响晶格常数和晶格缺陷，从而影响其光电化学性能。

(3) 电化学性质通过对其电化学性质的研究，我们发现稀土离子的掺杂可以提高ZnO纳米晶体的电化学电容和氧化还原能力，从而提高了其在太阳能电池中的应用。

综上所述，稀土离子掺杂ZnO纳米晶体是一种具有广泛应用前景的材料，在光电化学领域表现出了优异的性能，具有很好的稳定性和重要的应用价值。

《ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性研究》篇一一、引言随着纳米科技的不断进步，ZnO纳米材料因其独特的物理和化学性质在许多领域都表现出广泛的应用前景。

其中，ZnO纳米线阵列以其优异的电学、光学和气敏性能，在传感器、光电器件等领域具有重要应用价值。

本文将重点探讨ZnO纳米线阵列的可控制备技术及其气敏性能的研究进展。

二、ZnO纳米线阵列的可控制备1. 制备方法ZnO纳米线阵列的制备方法主要包括化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、水热法等。

其中，化学气相沉积法因其制备过程简单、可控制备条件等优点，成为目前较为常用的制备方法。

2. 制备过程在化学气相沉积法中，首先将锌源（如氧化锌粉）置于反应炉中，然后在一定温度下进行热解。

通过调节温度、气氛等参数，使锌源在基底上形成ZnO纳米线阵列。

此外，还可以通过掺杂其他元素来改善ZnO纳米线阵列的性能。

3. 可控制备技术可控制备技术是实现ZnO纳米线阵列性能优化的关键。

通过调整反应条件、掺杂元素等手段，可以实现对ZnO纳米线阵列的尺寸、形貌、结晶度等性能的精确控制。

此外，还可以通过优化制备工艺，提高ZnO纳米线阵列的产率和纯度。

三、气敏性能研究1. 气敏性能测试方法气敏性能测试是评估ZnO纳米线阵列性能的重要手段。

通过测量ZnO纳米线阵列在不同气体浓度下的电阻变化，可以评估其气敏性能。

常用的测试方法包括静态测试和动态测试。

2. 气敏性能影响因素ZnO纳米线阵列的气敏性能受多种因素影响，包括材料本身的性质（如尺寸、形貌、结晶度等）、制备工艺以及测试条件等。

通过优化这些因素，可以提高ZnO纳米线阵列的气敏性能。

3. 气敏性能应用ZnO纳米线阵列在气体传感器领域具有广泛应用。

由于其高灵敏度、快速响应和低功耗等优点，ZnO纳米线阵列可应用于检测有毒气体、可燃气体以及环境监测等领域。

此外，还可以通过掺杂其他元素或与其他材料复合，进一步提高其气敏性能。

四、结论与展望本文对ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性能进行了研究。

ZnO纳米材料的制备及其光性能分析ZnO纳米材料的制备及其光性能分析摘要：随着纳米材料的研究和应用逐渐深入，ZnO纳米材料因其优异的光学性质和广泛的应用潜力而备受关注。

本文通过对ZnO纳米材料的制备方法及其光性能的分析，探讨了其在可见光谱范围内的应用前景和潜在问题。

1. 引言ZnO是一种重要的半导体材料，在可见光范围内具有良好的透明性和光学性能。

纳米化技术使ZnO纳米材料的制备更加容易，并且能够调控其形貌和结构，进一步扩展了其应用领域。

本文主要研究了ZnO纳米材料的制备方法和其在光学性能方面的应用。

2. ZnO纳米材料的制备方法2.1 水热法水热法是制备ZnO纳米材料常用的方法之一。

通过在高温高压条件下将Zn源物与反应溶液中的脱水剂反应，在特定的温度、压力和时间下得到纳米级的ZnO颗粒。

这种方法可以控制纳米粒子的形貌和大小。

2.2 氧化法氧化法是将氧化锌粉末进一步破碎并通过化学反应得到纳米级ZnO颗粒的方法。

具体步骤包括溶液制备、沉淀制备和煅烧等。

这种方法制备的ZnO纳米材料通常具有较高的纯度和比表面积。

2.3 等离子体辅助沉积法等离子体辅助沉积法是一种通过等离子体溅射氧化锌薄膜并在退火过程中形成纳米颗粒的方法。

这种方法对制备较大面积的纳米薄膜具有较高的效率和可控性。

3. ZnO纳米材料的光性能分析3.1 光吸收与发射性质ZnO纳米材料在可见光谱范围内具有很好的吸光性能，吸收光谱主要集中在紫外光区域，具有很高的吸收系数。

此外，ZnO纳米材料还表现出良好的荧光性能，其荧光峰位主要在380-420 nm范围内。

3.2 光电导性质由于ZnO纳米材料是一种半导体材料，因此具有良好的光电导性能。

通过引入掺杂元素或修饰表面，可以调控和增强ZnO纳米材料的光电导能力。

这使得ZnO纳米材料在光电器件和太阳能电池等领域有广泛的应用前景。

3.3 光催化性能ZnO纳米材料具有较高的光催化性能，可以在可见光区域内吸收光能并产生电子-空穴对。

综合理论课程教育研究学法教法研究 255随着社会工业的发展，环境污染越来越严重。

其中，水污染成为环保工作面临的重大问题。

1972年，Fujishima 和Hondas 发现TiO 2能够光分解水[1]，1976年，J.H.Cary 等人发现半导体材料作为光催化剂能够降解有机物，最终的产物为水和二氧化碳，无二次污染，是一种绿色能源。

有专家预测，光催化降解污染物将成为未来降解有机废水的有效方法之一。

作为第三代半导体材料的ZnO 是一种新型的半导体多功能材料，具有良好的发光性、压电性、导电性等，被主要应用在激光器、传感器、太阳能电池、发光二极管及光催化等领域[2]。

一、ZnO 作为光催化剂的优点目前研究较多的光催化剂有二氧化钛、氧化锌、硫化镉等，其中硫化镉因其具有毒性在光催化领域而被选择性应用。

二氧化钛作为光催化剂虽然催化活性强但是也具有自身缺点，其电子跃迁几率低，故其量子效率较低，在催化反应过程中反应速率慢。

ZnO 作为直接带隙半导体材料用于光催化降解有机污染物的优点为：首先，ZnO 能带性质决定了电子跃迁几率要高于二氧化钛。

其次，因其内部存在较多氧空位，能够加速分离电子-空穴对，进而提高降解效率。

此外，ZnO 无毒无害且价格低廉，使其在光催化领域更加能受到人们关注。

二、光催化降解原理半导体的能带结构决定了其具有光催化性质。

半导体是由导带和价带构成的，导带和价带之间存在着禁带。

当光的能量大于半导体禁带宽度时，半导体吸收光能后，价带的电子跃迁到导带产生带间跃迁。

此时价带上便会产生带正电的空穴，而导带上形成带负电的电子，最终形成电子-空穴对。

电子-空穴对不稳定会发生分离，在分离过程中，一部分电子将移动到半导体表面与氧结合，生产强氧化能力的羟基自由基，而半导体表面的空穴将会与水发生反应生成羟基自由基。

这些自由基具有非常强大的氧化能力，几乎能够氧化所有的有机物，最后的产物为水和二氧化碳。

三、水热法制备ZnO 纳米材料制备ZnO 纳米材料的方法很多，主要有化学气相沉积法、水热法、溶胶-凝胶法、分子外延法等，其中水热法制备温度相对较低，反应在密闭容器中进行避免了组分挥发，且产物结晶度高，适合大规模工业生产。