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CN105336500A一种ZnO纳米棒薄膜原位改性处
理方法及其获得的改性薄膜
(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201910672461.8(22)申请日2019.10.16H01G 9/20 (2006.01)H01G 9/042 (2006.01)B82Y 30/00 (2019.01)B82Y 40/00 (2019.01)(71)申请人景德镇陶瓷学院地址 333001 江西省景德镇市珠山区陶阳南路景德镇陶瓷学院(72)发明人孙健王艳香黄丽群范学运杨志胜陈凌燕(74)专利代理机构广州广信知识产权代理有限公司 44261代理人李玉峰(54) 发明名称一种 ZnO 纳米棒薄膜原位改性处理方法及其获得的改性薄膜(57) 摘要本发明公开了一种 ZnO 纳米棒薄膜原位改性处理方法，首先将二水乙酸锌溶解于甲醇溶液中，并将溶液搅拌均匀，得到二水乙酸锌甲醇溶液；然后将预先制备的 ZnO 纳米棒薄膜放入二水乙酸锌甲醇溶液中，在密封情况下进行恒温反应，反应温度60℃；反应结束后进行清洗、干燥、煅烧，即得到原位改性的ZnO纳米棒薄膜。
此外，还公开了利用上述改性处理方法获得的改性 ZnO 纳米棒薄膜。
本发明通过对ZnO纳米棒薄膜进行表面改性，增加了比表面积、同时改善了薄膜的光电等性能，从而有效提高了其适用性，扩大了其应用范围。
而且，制备工艺简单、合成温度低、成本低、ZnO 纳米棒结构不
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易被破坏，具有良好的可控性和重复性。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图1页CN 105336500 A2019.02.17CN 105336500 A 1/1 页21.一种 ZnO 纳米棒薄膜原位改性处理方法，其特征在于包括以下步骤：
(1) 将二水乙酸锌溶解于甲醇溶液中，并将溶液搅拌均匀，得到二水乙酸锌甲醇溶液；(2) 将预先制备的 ZnO 纳米棒薄膜放入所述二水乙酸锌甲醇溶液中，在密封情况下进行恒温反应，反应温度60℃；反应结束后进行清洗、干燥、煅烧，即得到原位改性的 ZnO 纳米棒薄膜。
2.根据权利要求 1 所述的 ZnO 纳米棒薄膜原位改性处理方法，其特征在于：
所述步骤(1) 二水乙酸锌在甲醇溶液中的浓度为 0.05 ～0.25M。
3.根据权利要求 1 所述的 ZnO 纳米棒薄膜原位改性处理方法，其特征在于：
所述步骤(2) 预先制备的 ZnO 纳米棒薄膜以竖直的形式放入二水乙酸锌甲醇溶液中。
4.根据权利要求 1 所述的 ZnO 纳米棒薄膜原位改性处理方法，其特征在于：
所述步骤(2) 中反应温度为 25 ～60℃，反应时间为 10 ～96h。
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 5.根据权利要求 1 所述的 ZnO 纳米棒薄膜原位改性处理方法，其特征在于：
所述步骤(2) 中干燥温度为 60 ～100℃。
6.根据权利要求 1 所述的 ZnO 纳米棒薄膜原位改性处理方法，其特征在于：
所述步骤(2) 中煅烧温度为 250 ～350℃。
7.根据权利要求 1 所述的 ZnO 纳米棒薄膜原位改性处理方法，其特征在于：
所述步骤(2) 中预先制备的 ZnO 纳米棒薄膜，其制备方法如下：
(a)ZnO 种子层的制备将二水乙酸锌、以及单乙醇胺或二乙醇胺溶解在乙二醇甲醚溶液中制备得到 ZnO 溶胶；采用渍浸法，将导电基底垂直浸入到所述 ZnO 溶胶中，使得导电基底表面涂覆有 ZnO 溶胶；然后将涂有 ZnO 溶胶的导电基底烘干、煅烧，即得到附着于导电基底表面的 ZnO 种子层；(b) 生长液的配制将聚乙烯亚胺、六水硝酸锌和六次甲基四胺溶解于去离子水中作为生长液，然后置于水热反应釜中、并在烘箱中进行预热；(c)ZnO 纳米棒的生长将所述附着有 ZnO 种子层的导电基底放入所述预热后的生长液中，并置于烘箱中进行生长反应；反应结束后取出，用去离水冲洗、干燥；(d) 重复所述步骤 (b)、(c) 二次，然后进行煅烧，即制得预先制备的 ZnO 纳米棒薄膜。
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8.根据权利要求 7 所述的 ZnO 纳米棒薄膜原位改性处理方法，其特征在于：
所述步骤(a) 中二水乙酸锌、以及单乙醇胺或二乙醇胺在乙二醇甲醚溶液中的浓度分别为 0.20 ～0.60M ；所述步骤 (b) 中聚乙烯亚胺在生长液中的浓度为 0.005 ～ 0.007M，六水硝酸锌在生长液中的浓度为 0.01 ～ 0.06M，六次甲基四胺在生长液中的浓度为0.01 ～ 0.06M，生长液的预热温度为 60 ～95℃，预热时间为 1 ～6h ；所述步骤 (c) 中生长反应的温度为 60 ～90℃，反应时间为24 ～ 48h。
9.利用权利要求 1-8 之一所述改性处理方法获得的改性 ZnO 纳米棒薄膜。
10.根据权利要求 9 所述的改性 ZnO 纳米棒薄膜，其特征在于：
所述改性 ZnO 纳米棒薄膜具有由 ZnO 纳米棒和 ZnO 纳米粒组成的多级结构，其中原位改性所生成的 ZnO 纳米粒直径为 20 ～25nm、附着于 ZnO 纳米棒的表面。
权利要求书CN 105336500 A2 1/5 页3一种 ZnO 纳米棒薄膜原位改性处理方法及其获得的改性薄膜技术领域[0001] 本发明涉及纳米薄膜技术领域，尤其涉及一种 ZnO 纳米棒薄膜改性处理方法及其获得的改性薄膜。
背景技术[0002] 氧化锌(ZnO)是一种宽禁带直接带隙Ⅱ-Ⅵ族的具有纤锌矿结构的半导体功能材料，室温下禁带宽度为 3.37eV，激
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 子束缚能高达 60meV，并具有良好的化学稳定性及优良的抗氧化和耐高温性能，是一种重要的半导体材料。
高度取向排列的一维的 ZnO 纳米棒薄膜，具有独特的电学和光学性能，在多种电子和光子的纳米器件如太阳能电池、紫外探测器、发光二极管、激光二级管、传感器等技术领域中获得了广泛的研究和应用。
但是，ZnO 纳米棒薄膜比表面积比较小，从而限制了其应用。
例如，在染料敏化太阳能电池 (Dye Sensitized Solar Cell，简称DSSC)方面，虽然ZnO纳米棒垂直导电衬底，有利于光生电子的传输，但是由于 ZnO 纳米棒薄膜的比表面积较小，因此吸附的染料少，这样导致光生电子数少而限制了其效率的提升；此外，在光催化领域方面，由于 ZnO 纳米棒薄膜较小的比表面积，使得其催化性能减弱，从而限制了其适用性。
发明内容[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种 ZnO 纳米棒薄膜原位改性处理方法，通过对 ZnO 纳米棒薄膜进行表面改性，从而增加比表面积、同时改善薄膜的光电等性能。
本发明的另一目的在于提供利用上述方法获得的改性薄膜。
[0004] 本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
[0005] 本发明提供的一种 ZnO 纳米棒薄膜原位改性处理方法，包括以下步骤：
[0006] (1) 将二水乙酸锌溶解于甲醇溶液中，并将溶液搅拌均
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匀，得到二水乙酸锌甲醇溶液；[0007] (2) 将预先制备的 ZnO 纳
米棒薄膜放入所述二水乙酸锌甲醇溶液中，在密封情况下进行恒温反
应，反应温度60℃ ；反应结束后进行清洗、干燥、煅烧，即得到原
位改性的ZnO 纳米棒薄膜。
[0008] 上述方案中，本发明所述步骤 (1) 二水乙酸锌在甲醇溶
液中的浓度为 0.05 ～0.25M。
[0009] 进一步地，本发明所述步骤 (2)ZnO 纳米棒薄膜以竖直
的形式放入二水乙酸锌甲醇溶液中。
[0010] 进一步地，本发明所述步骤 (2) 中反应温度为 25 ～
60℃，反应时间为 10 ～ 96h。
[0011] 进一步地，本发明所述步骤 (2) 中干燥温度为 60 ～
100℃ ；煅烧温度为 250 ～350℃。
[0012] 本发明通过对 ZnO 纳米棒薄膜进行原位改性，在 ZnO
纳米棒表面原位生成ZnO 纳说明书CN 105336500 A3 2/5 页4米粒，增加了比表面积、并改善了薄膜的光电等性能，从而
有效提高了其适用性，扩大了其应用范围。
在染料敏化太阳能电池的应用中，可预先在导电基底上制备出
ZnO 纳米棒薄膜，然后使用本发明对其进行原位改性，预先制备的
ZnO 纳米棒薄膜，其制备方法可采取如下具体措施：
[0013] (a)ZnO 种子层的制备[0014] 将二水乙酸锌、以及单乙
醇胺或二乙醇胺溶解在乙二醇甲醚溶液中制备得到 ZnO溶胶；采用
渍浸法，将导电基底垂直浸入到所述 ZnO 溶胶中，使得导电基底表
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 面涂覆有 ZnO溶胶；然后将涂有 ZnO 溶胶的导电基底烘干、煅烧，即得到附着于导电基底表面的 ZnO 种子层；[0015] (b) 生长液的配制[0016] 将聚乙烯亚胺、六水硝酸锌和六次甲基四胺溶解于去离子水中作为生长液，然后置于水热反应釜中、并在烘箱中进行预热；[0017] (c)ZnO 纳米棒的生长[0018] 将所述附着有 ZnO 种子层的导电基底放入所述预热后的生长液中，并置于烘箱中进行生长反应；反应结束后取出，用去离水冲洗、干燥；[0019] (d) 重复所述步骤(b)、(c) 二次，然后进行煅烧，即制得预先制备的 ZnO 纳米棒薄膜。 [0020] 上述方案中，本发明所述步骤 (a) 中二水乙酸锌、以及单乙醇胺或二乙醇胺在乙二醇甲醚溶液中的浓度分别为 0.20 ～0.60M ；所述步骤 (b) 中聚乙烯亚胺在生长液中的浓度为 0.005 ～0.007M，六水硝酸锌在生长液中的浓度为 0.01 ～ 0.06M，六次甲基四胺在生长液中的浓度为 0.01 ～ 0.06M，生长液的预热温度为60 ～95℃，预热时间为 1 ～ 6h ；所述步骤 (c) 中生长反应的温度为 60 ～90℃，反应时间为 24 ～ 48h。
[0021] 本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：
[0022] 利用上述改性处理方法获得的改性 ZnO 纳米棒薄膜，具有由 ZnO 纳米棒和 ZnO 纳米粒组成的多级结构，其中原位改性所生成的 ZnO 纳米粒直径为 20 ～ 25nm、附着于 ZnO 纳米棒的表面。 [0023] 本发明具有以下有益效果：
[0024] (1) 本发明以二水乙酸锌的甲醇溶液为反应液，采用低
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温化学浴沉积法对 ZnO 纳米棒薄膜进行原位改性，在 ZnO 纳米棒表面原位生成 ZnO 纳米粒，增加了比表面积、并改善了薄膜的光电等性能，从而有效提高了其适用性，扩大了其应用范围。
[0025] (2) 本发明制备工艺简单、合成温度低、成本低、且 ZnO 纳米棒结构不易被破坏，而且反应条件温和，可控性和重复性强。
附图说明[0026] 下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：
[0027] 图1是本发明实施例一改性处理制得的ZnO纳米棒薄膜的场发射扫描电镜断面照片 (a ：
低倍，b ：
高倍 ) ；[0028] 图2是本发明实施例二改性处理制得的ZnO纳米棒薄膜的场发射扫描电镜断面照片 (a ：
低倍，b ：
高倍 ) ；说明书CN 105336500 A4 3/5 页5[0029] 图 3 是未改性 ZnO 纳米棒薄膜的场发射扫描电镜断面照片 (a ：低倍，b ：
高倍 )。
具体实施方式[0030] 本发明实施例应用于染料敏化太阳能电池，以掺氟的氧化锡导电玻璃 (FTO) 作为导电基底，首先采用如下方法在导电基底上预先制备出 ZnO 纳米棒薄膜 ( 未改性 )，然后通过下列实施例对其进行原位改性处理。
[0031] 上述未改性 ZnO 纳米棒薄膜的制备方法如下：
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ [0032] (a)ZnO 种子层的制备[0033] 将 50ml 乙二醇甲醚溶液置于磁力搅拌器上搅拌，并在搅拌的情况下加入 3.29g二水乙酸锌和 1.44ml 二乙醇胺 ( 二水乙酸锌和二乙醇胺在乙二醇甲醚溶液中的浓度均为0.3M)，在25℃温度下搅拌10h，即制得透明的ZnO溶胶；将清洗干净的导电基底垂直浸入到上述ZnO溶胶中，4s后取出，经100℃干燥后，于500℃温度下煅烧，升温速率为8℃/min，保温时间30min ；重复上述浸渍和烧成二次即得到附着于导电基底表面的 ZnO 种子层；[0034] (b) 生长液的配制[0035] 将 1.727g 聚乙烯亚胺(PEI) 溶解于 60ml 的去离子水中，把溶液搅拌均匀，然后再向溶液中加入 0.89g 六水硝酸锌和 0.50g 六次甲基四胺，溶液搅拌均匀后将溶液置于水热反应釜中、并在烘箱中预热，预热温度为95℃，预热时间为 2.5h ；[0036] (c)ZnO 纳米棒的生长[0037] 将上述附着有 ZnO 种子层的导电基底放入盛有预热后的生长液的水热反应釜中，并置于温度可控烘箱中进行生长反应，反应温度为90℃，反应时间为 24 小时；反应结束后取出，用去离水冲洗，在100℃温度下干燥；[0038] (d) 重复步骤 (b)、(c) 二次，然后进行煅烧，煅烧温度为450℃，升温速率为8℃ /min，保温时间为 30min，即制得预先制备的 ZnO 纳米棒薄膜。
[0039] 实施例一：
[0040] 本实施例一种 ZnO 纳米棒薄膜原位改性处理方法，其步骤如下：
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[0041] (1) 量取 40ml 甲醇溶液置于称量瓶中，称取 1.32g 二
水乙酸锌 ( 二水乙酸锌在甲醇溶液中的浓度为 0.15M)，在磁力搅拌
的情况下将二水乙酸锌加入上述称量瓶，使之全部溶解于甲醇溶液
中，将溶液搅拌均匀，得到二水乙酸锌甲醇溶液；[0042] (2) 将上
述预先制备的 ZnO 纳米棒薄膜竖直放入上述盛有二水乙酸锌甲醇溶
液的称量瓶中，将称量瓶盖上盖子后置于已加热到60℃的烘箱中，
并在此温度下恒温反应 10h ；反应结束后，用去离子水清洗、在
100℃温度下干燥，然后在350℃温度下煅烧，升温速率为8℃ /min，
保温时间为 30min，即得到原位改性的 ZnO 纳米棒薄膜。
[0043] 实施例二：
[0044] 本实施例一种 ZnO 纳米棒薄膜原位改性处理方法，其步
骤如下：
[0045] (1) 量取 40ml 甲醇溶液置于称量瓶中，称取 1.32g 二
水乙酸锌 ( 二水乙酸锌在甲醇溶液中的浓度为 0.15M)，在磁力搅拌
的情况下将二水乙酸锌加入上述称量瓶，使之全部溶解于甲醇溶液
中，将溶液搅拌均匀，得到二水乙酸锌甲醇溶液；[0046] (2) 将上
述预先制备的 ZnO 纳米棒薄膜竖直放入上述盛有二水乙酸锌甲醇溶
液的称量瓶中，将称量瓶盖上盖子后置于已加热到60℃的烘箱中，
并在此温度下恒温反应24h ；说明书CN 105336500 A5 4/5 页6反应结束后，用去离子水清洗、在100℃温度下干燥，然后
在350℃温度下煅烧，升温速率为8℃ /min，保温时间为 30min，
即得到原位改性的 ZnO 纳米棒薄膜。
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ [0047] 实施例三：
[0048] 本实施例一种 ZnO 纳米棒薄膜原位改性处理方法，其步骤如下：
[0049] (1) 量取 40ml 甲醇溶液置于称量瓶中，称取 0.44g 二水乙酸锌 ( 二水乙酸锌在甲醇溶液中的浓度为 0.05M)，在磁力搅拌的情况下将二水乙酸锌加入上述称量瓶，使之全部溶解于甲醇溶液中，将溶液搅拌均匀，得到二水乙酸锌甲醇溶液；[0050] (2) 将上述预先制备的 ZnO 纳米棒薄膜竖直放入上述盛有二水乙酸锌甲醇溶液的称量瓶中，将称量瓶盖上盖子后置于已加热到60℃的烘箱中，并在此温度下恒温反应 48h ；反应结束后，用去离子水清洗、在100℃温度下干燥，然后在300℃温度下煅烧，升温速率为8℃ /min，保温时间为 30min，即得到原位改性的 ZnO 纳米棒薄膜。
[0051] 实施例四：
[0052] 本实施例一种 ZnO 纳米棒薄膜原位改性处理方法，其步骤如下：
[0053] (1) 量取 40ml 甲醇溶液置于称量瓶中，称取 1.32g 二水乙酸锌 ( 二水乙酸锌在甲醇溶液中的浓度为 0.15M)，在磁力搅拌的情况下将二水乙酸锌加入上述称量瓶，使之全部溶解于甲醇溶液中，将溶液搅拌均匀，得到二水乙酸锌甲醇溶液；[0054] (2) 将上述预先制备的 ZnO 纳米棒薄膜竖直放入上述盛有二水乙酸锌甲醇溶液的称量瓶中，将称量瓶盖上盖子后置于已加热到45℃的烘箱中，
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并在此温度下恒温反应 24h ；反应结束后，用去离子水清洗、在100℃温度下干燥，然后在350℃温度下煅烧，升温速率为8℃ /min，保温时间为 30min，即得到原位改性的 ZnO 纳米棒薄膜。
[0055] 如图1、图2所示，本发明实施例改性处理后获得的ZnO 薄膜纳米棒具有多级结构，即由ZnO纳米棒和ZnO纳米粒组成，其中原位改性所生成的ZnO纳米粒直径为25nm，并很好地附着于ZnO纳米棒的表面，极大地增加了比表面积，从而能够显著改善ZnO纳米棒基薄膜的性能。
[0056] 采用本发明实施例一、实施例二制得的原位改性的 ZnO 纳米棒薄膜，以及上述预先制备未改性的 ZnO 纳米棒薄膜作为染料敏化太阳能电池的光阳极膜，按照以下方法制成染料敏化太阳能电池：
[0057] 将煅烧后冷却至80℃的 ZnO 光阳极膜，在 0.05mM N719 染料中于室温下浸渍 2h，取出光阳极膜用无水乙醇冲洗表面的 N719 染料，然后将烘干后吸附了 N719 染料的光阳极膜与热解铂的 FTO 对电极组成开放式的三明治结构电池。
在光阳极和对电极之间滴加电解液，电解液的组成为0.6M 1-丁基-3-甲基咪唑碘盐、0.06M LiI、0.03M I2、0.5M 4-叔丁基吡啶以及 0.1M 异硫氰酸胍的乙腈溶液。
所得的染料敏化太阳能电池的光电性能参数如表1 所示。
[0058] 表 1 本发明实施例染料敏化太阳能电池光电性能参数[0059] 说明书CN 105336500 A6 5/5 页7[0060] 表 1
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 结果表明，采用本发明实施例改性 ZnO 纳米棒薄膜光阳极制成的染料敏化太阳能电池性能优异，光电转化率可达 3.94％，与未改性 ZnO 纳米棒薄膜电池的光电转化率相比提高了 138％。
说明书CN 105336500 A7 1/1 页8图 1图 2图 3说明书附图CN 105336500 A8
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不同基底下生长氧化锌纳米线研究 首先在FTO玻璃基底上用水热法制备氧化锌纳米线，发现在配备种子层的基础上0.7437克硝酸锌和0.35克六次甲基四胺在九十五摄氏度的温度下反应三个小时制得的氧化锌纳米线最好。然后以重金属金为基底用水热法制备氧化锌纳米线，以金为催化剂0.7437克硝酸锌和0.35克六次甲基四胺分别在70摄氏度，80摄氏度，90摄氏度反应七个小时，发现在七十摄氏度的条件下氧化锌纳米线排列最为整齐，结果最好。不同基底相对比发现以FTO为基底制备氧化锌纳米线，氧化锌纳米线排列紧密且长径比较大，但是倾斜严重，适合染料敏化太阳能电池等科技的研究。以重金属金为基底制备氧化锌纳米线，氧化锌纳米线排列宽松，但倾斜较小，长径比较小，个体较大。适合于研究单独一根氧化锌纳米线。 关键词：FTO基底，金基底，不同基底制备氧化锌纳米线的特点 最近人们对于碳纳米管的发现引起了制备其它一维纳米材料的极大兴趣。一维纳米结构氧化物具有独特的光学，电学性能。各种氧化物纳米线的制备和性能研究已成为当今的热点。氧化锌是重要的II – VI族直接带隙宽禁带半导体氧化物，具有较大的禁带宽度（3.2eV）,激子结合能（60meV）高，能在室温及更高温度产生近紫外的短波激子发光。其中特别是具有较大长径比的氧化锌纳米线所表现出的奇特光学与电学性能，使其在低压和短波长光电子器件方面具有潜在的应用价值，例如透明导电材料，发光二极管，气敏传感器和荧光器件等。一维氧化锌纳米线是一种性能优异的新型功能材料，应用开发前景十分广阔。其制备方法多种多样，制备技术也日趋完善，它在传统材料、微电子、医药等领域的应用日益广泛和重要，对这些领域将会带来革命性的改变，也会影响到人们的日常生活。可以预见，随着氧化锌纳米线的制备方法、生长机理、结构表征等研究的不断深入，其应用研究将会有一个快速发展的阶段。 1.1纳米材料 1.1.1纳米材料简介 纳米材料是在纳米尺度空间内研究电子、原子和分子的内在运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。它的最终目标是人类能够按照自己的意愿直接操纵单个原子，制造具有特定功能的产品。 1.1.2纳米材料四大效应 体积效应 当纳米粒子尺寸比电子的德布罗意波更小时，内压、磁性、化学活性、热阻、光吸收、催化性及熔点等与普通粒子相比发生了很大的变化，周期性边界条件将被破坏。纳米粒子以下几个方面的应用均基于它的体积效应。例如，利用等离子共振频移随颗粒尺寸变化的性质，
Material Sciences 材料科学, 2018, 8(5), 482-489 Published Online May 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/1814079606.html,/journal/ms https://https://www.doczj.com/doc/1814079606.html,/10.12677/ms.2018.85054 Growth Mechanism and Photocatalytic Performance of ZnO Nanorod Arrays Chunwei Liu, Yang Wan, Shenghai Zhuo, Sha Luo* College of Material Science and Engineering, Northeast Forestry University, Harbin Heilongjiang Received: Apr. 22nd, 2018; accepted: May 9th, 2018; published: May 16th, 2018 Abstract Well-defined ordered ZnO nanorod arrays were successfully prepared on activated carbon fibers by combining sol-gel with a hydrothermal method. The growth mechanism was proposed by SEM, XRD and N2 physisorption. Concentration of zinc acetate had a regulatory effect on the morphology of ZnO nanorods. ZnO films provided the nucleus for oriented growth of nanorods, promoting its preferential growth along the c-axis direction of activated carbon fibers. The photocatalytic tests showed the catalytic performance of ZnO nanorod arrays/activated carbon fibers was influenced obviously by zinc acetate. When the Zn(CH3COO)2 concentration was 0.15 mol?L?1, its removal effi-ciency of methylene blue reached 90% during 120 min. After five regeneration cycles, its photo-catalytic efficiency remained 82%. Keywords Zinc Oxide, Nanorod Array, Activated Carbon Fiber, Growth Mechanism, Photocatalysis ZnO纳米棒阵列生长机理及光催化 性能研究 刘春闱，万阳，卓盛海，罗沙* 东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 收稿日期：2018年4月22日；录用日期：2018年5月9日；发布日期：2018年5月16日 *通讯作者。
收稿日期:2008209211 3基金项目:韩山师范学院青年科研基金资助项目(0503) 作者简介:陈城钊(1975— ),男,广东潮州人,讲师,硕士.第2卷 第4期 材 料 研 究 与 应 用 Vo1.2,No.42008年12月 MA TERIAL S RESEARCH AND APPL ICA TION Dec .2008 文章编号:167329981(2008)0420450205 优质纳米晶硅薄膜的低温制备技术及其 在太阳能电池中的应用进展3 陈城钊1,邱胜桦1,刘翠青1,吴燕丹1,李 平1,余楚迎2,林璇英1,2 (1.韩山师范学院物理与电子工程系,广东潮州 521041;2.汕头大学物理系,广东汕头 515063) 摘 要:纳米晶硅薄膜是集晶体硅材料和氢化非晶硅薄膜优点于一体,可望广泛应用于薄膜太阳能电池、光存储器、发光二极管和薄膜晶体管等光电器件的一种新型功能材料.本文综述低温制备优质纳米晶硅薄膜技术的研究进展及其在薄膜硅太阳能电池上的应用.关键词:纳米晶硅薄膜;太阳能电池;低温制备;进展中图分类号:TM914.4 文献标识码:A 纳米晶硅(nc 2Si ζH )薄膜就是硅的纳米晶粒镶嵌在a 2Si ζH 网络里的一种硅纳米结构.由于它具 有较高的电导率(10-3～10-1Ω-1?cm -1)、宽带隙、高光敏性、高光吸收系数等优良的光电特性而引起学术界的重视.纳米晶硅薄膜同时具备宽带隙和高电导这两种太阳能电池窗口材料所需的优良性质,现已成为研究探索的热门纳米薄膜材料 [1] .除用于 制备薄膜太阳能电池外,在发光二极管、光存储器、隧穿二极管、薄膜晶体管以及单电子晶体管等光电器件方面也有潜在应用 [2] . 1 低温制备纳米晶硅薄膜的技术 为了制备适用于以玻璃为衬底的太阳能电池的 纳米晶硅薄膜,近年来发展了低温(<450℃)制膜技术.按成膜过程可分为两大类:一类是先制备非晶态材料,再固相晶化为纳米晶硅;另一类是直接在玻璃衬底上沉积纳米晶硅薄膜[2] . 1.1 固相晶化法 固相晶化(SPC )法的特点是非晶固体发生晶化的温度低于其熔融后结晶的温度.低造价太阳能电 池的纳米晶薄膜,一般以廉价的玻璃作衬底,以硅烷气为原材料,用PECVD 法沉积a 2Si ∶H 薄膜,然后再用热处理的方法使其转化为纳米晶硅薄膜.这种方法的优点是能制备大面积的薄膜,可进行原位掺杂,成本低,工艺简单,易于批量生产.常规的高温炉退火、金属诱导晶化、快速热退火、区域熔化再结晶等都属于固相晶化法.1.1.1 常规高温炉退火 该方法是在氮气保护下把非晶硅薄膜放入炉腔内退火,使其由非晶态转变为纳米晶态[3].非晶硅晶化的驱动力是晶相相对于非晶相较低的G ibbs 自由能.固相晶化过程主要由晶核的形成及晶核长大两步完成.形核率和生长速率都受温度的影响,所以纳米晶硅薄膜的晶粒尺寸受温度的影响很大.晶硅薄膜的晶粒尺寸除受温度的影响外,与初始非晶硅膜的结构状况也有密切的关系.有研究者采用“部分掺杂法”来增大晶粒尺寸,即在基底上沉积两层膜,下层进行磷掺杂,作为成核层,上层不掺杂,作为晶体生长层,退火后可获得较大的晶粒[4].1.1.2 金属诱导晶化 金属诱导晶化就是在非晶硅薄膜上镀一层金属
ZnO纳米阵列的水热合成 摘要 水热合成技术是指在特制的密封反应器(高压釜)中，以水溶液作为反应体系，通过对反应体系的加热至或接近其临界温度而产生高压，从而进行无机材料的合成与制备的一种有效方法“吲。该方法可使一些在常温常压下反应速率很慢的热力学反应在水热条件下实现反应快速化。在水热条件下，水既作为溶剂又作为矿化剂，在液态或气态还是传递压力的媒介，同时由于在高压下绝大多数反应物均能部分溶解于水从而促使反应在液相或气相中进行。水热反应有水热氧化、热沉淀、水热合成、水热还原、水热分解、水热结晶等类型。水热反应法为各种前驱物的反应和结晶提供了一个在常压条件下无法得到的、特殊的物理和化学环境。水热反应的温度一般在100—400。C，压力从大于0．1Mpa直至几十到几百Mpa。与其它粉体制备方法相比，水热合成纳米材料的纯度高、晶粒发育好，避免了因高温煅烧和球磨等后续处理引起的杂质和结构缺陷。水热法的原料成本相对较低，所得纳米颗粒纯度高，分散性好，晶型好，且大小可控，因而水热合成法是制备纳米氧化物的好的方法之一. 关键词： 目录 1、绪论
ZnO 属于带隙较宽( 室温下3. 37eV) 的半导体材料, 由于本征缺陷的存在, 使得ZnO 往往具有的N 型导电性。与其它传统半导体材料如Si、GaAS、CdS、GaN 等相比, ZnO 具有高的激子束缚能( 高达60meV,远大于GaN 的21~ 25meV) 、高的击穿强度和饱和电子迁移速率, 可用作高温、高能、高速电子器件。另外,ZnO 还具有热电效应和化学传感特性, 在传感器领域有重要的应用。纳米级氧化锌由于粒子尺寸小, 比表面积大, 具有表面效应、量子尺寸效应和小尺寸效应等, 与普通氧化锌相比, 表现出许多特殊的性质, 如无毒和非迁移性、压电性、吸收和散射紫外线能力。这一新的物质形态,赋予了氧化锌在科技领域许多新的用途。目前来说, 制备ZnO 纳米结构的工艺方法很多,如物理气相沉积法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法, 分子束外延法、热蒸发法、阳极氧化铝模板法、水热法等等。这些方法制备的ZnO 纳米材料具有非常丰富的结构形貌, 如ZnO 纳米线、纳米带、纳米环、纳米梳, 四脚状纳米ZnO 结构等等。相对而言, 化学溶液方法比较简单。水热法是一种制备氧化物的湿化学方法。水热法又称高温溶液法, 是指在特制的密闭反应器( 高压釜) 中, 采用水溶液作为反应体系, 通过对反应体系加热,在反应体系中产生一个高温高压的环境进行无机合成与材料制备的一种有效方法。在水热法中, 由于水处于高温高压状态, 在反应中具有传媒剂作用; 另一方面, 高压下绝大多数反应物均能完全( 或部分) 溶解于水, 从而加快反应的进行。近年来, 由于其相对于其它方法具有能耗低、适用性广、可控性强、产率高、物相均匀、纯度高、结晶良好以及环境污染小等优点, 引起了人们越来越广泛的关注。在本文中, 我们采用ZnCl2 溶液和浓氨水( 25%) ,利用一种简单的水热法合成了
氧化锌纳米棒研究进展** 孔祥荣*, 邱晨, 刘强, 刘琳, 郑文君 （南开大学化学学院材料系，天津，300071） Kxr0918@https://www.doczj.com/doc/1814079606.html, 摘要：氧化锌纳米棒由于具有新奇的物理化学性质而成为研究的热点，本文就近年来氧化锌纳米棒在制备方法和反应机理及应用研究等方面予以综述。 关键词：氧化锌; 纳米棒; 制备; 反应机理 1 引言 近年来，低维纳米结构的半导体材料引起了广泛的关注，尤其是一维(1-D纳米材料在维数和大小物理性质的基础研究中有潜在的优势，同时在光电纳米器件和功能材料中的应用研究成为热点。氧化锌由于在室温下较大的导带宽度和较高的电子激发结合能(60meV 及光增益系数(300 cm 而使之具有独特的催化、电学、光电学、光化学性质，在太阳能电池、表面声波和压电材料、场发射、纳米激光、波导、紫外光探测器、光学开关、逻辑电路 [5，6][1]-1[2][3][4] 等领域潜在的应用等方面均具有广泛的应用前景。本文就氧化锌纳米棒及其阵列的制备、反应机理、应用研究等进行简要的综述。 2 氧化锌纳米棒的制备 2.1 超声波法和微波法 刘秀兰等在低温反应条件下（冰水浴）,通过超声的方法,采用醋酸锌和水合肼为原料，[7] 以DBS 作为表面活性剂,制备了ZnO 纳米棒,截面为六方型,直径100nm ,长度1μm。研究表明：与其它制备方法相比,低温与超声技术可以更为方便获得分布均
一、长径比较小的ZnO 纳米棒。Hu等分别用超声和微波辐射两种方法得到了交联（二聚体，三聚体(T形，四聚体（X[8] 形））的ZnO纳米棒。超声辐射法和微波辐射法具有一个共同的特点，反应速度快，设备要求简单。 2.2 水热法 Liu 等用六水合硝酸锌和氢氧化钠为原料配成溶液，180 ℃水热处理20h 得到晶化程度[9] 很高的直径的为50 nm的高长径比的氧化锌纳米棒。Vayssieres [10]用硝酸锌盐和等摩尔的六次甲基四胺在水热条件下95 ℃几小时就可以在底物上得到了直径100～200 nm ,长度为10 μm 氧化锌纳米棒及其阵列。Wang 等[11]报道用Zn 作为底物同时作为反应物水热条件下得到了形貌可控的ZnO 纳米棒。陶新永等[12]采用PEG 辅助水热法合成了ZnO 纳米棒。研究发现,氢 [13]氧化钠浓度和反应时间对产物形貌和尺寸有较大的影响。Tang 等用H 2O 2、NaOH 和Zn 箔为 [14]原料辅助的水热法来合成具有良好光学性质的ZnO 纳米棒阵列。Wu 等用溴化十六烷三甲 基铵(CTAB 表面活性剂作导向剂在水热条件下，通过粒径几十纳米的纳米晶自组装得到了ZnO 单晶纳米棒。Guo 等[15]用氧化铟锡（ITO ）底物上用简单的水热法通过改变温度成功的 [16]合成了粒径长度可控的分布较窄的高趋向的ZnO 纳米棒阵列。郭敏等采用廉价低温的水 热法, 在基底上制备高质量、高取向统一、平均直径小于50 nm 并且直径分布很窄的ZnO 纳米棒阵列薄膜。
晶硅光伏发电与薄膜光伏发电对比报告 1、单位面积建设光伏发电电站容量对比。 相同的一万平米屋顶面积，薄膜光伏发电电站所建电站容量为0.7MW左右,晶硅光伏发电电站所建电站容量为1MW左右。为此，从单位面积建设电站容量来讲，薄膜光伏发电容量偏弱。 2、安装范围及前瞻性对比 薄膜光伏发电系统安装安装范围更广，可以适用于光伏建筑一体化，类似于玻璃幕墙，晶硅光伏发电由于组件笨重，硅片易碎，安装范围大大缩小，薄膜光伏发电组件是趋于第二代光伏组件产品，目前国外技术都在致力于研究发展薄膜光伏，且汉能并购了国外两大先进技术的薄膜公司，国内今后几年，最先进薄膜技术将由汉能发起内里光伏发电技术革命。 3、组件衰减及重量对比 目前晶硅光伏组件实际衰减较快，理论上晶硅光伏组件宣传25年总衰减率为20%，但实际前三年衰减率就超过了10%，品质质量严重偏差，相同面积组件重量偏重，实际寿命只有十年左右；为了第二代光伏发电产品，薄膜组件在衰减性方面远远超过了晶硅光伏组件产品，实际组件寿命更长。 4、单位面积投资成本对比 目前人们对晶硅光伏发电产生了一个误区，认为多晶硅光伏系统单位面积光电转化效率高于薄膜光伏组件单位面积的转化率，但实际
这个光电转化率作用对于投资回报这块无太大作用。举例说明一下，1万平方米屋顶光伏电站多晶硅光伏系统可装机容量为1MW，薄膜装机容量为0.7MW，1万平方米多晶硅光伏系统总造价为950万，薄膜光伏系统总造价为756万，由此可见，单位面积电站投资多晶硅反而更高（多晶硅光伏电站IRR为8-10%，薄膜光伏电站IRR为8-10%）。 5、弱光性对比 多晶硅光伏发电系统要在一定光强条件下才能运行发电，一般在阴雨天整个发电系统处于停止阶段，而薄膜光伏发电系统对于阳光吸收范围更广，400-1100纳米的光强都能转换为电能，弱光性好，在一般的阴雨天都能运行发电，为企业单位提供一定电能，多晶硅光伏系统在阴雨天则提供不了一定电能，单位功率的光伏电站年发电量比多晶硅光伏电站高20%左右。 6、发电量对比 单位功率相同情况下，晶硅与薄膜发电量是大致相同的，年均 1MW发电量约为95万度电。 为此，投资光伏电站多晶硅反而投资金额量大，风险很大，作为示范性项目，选着薄膜光伏电站是最合适的选择。
晶体形貌的形成、控制与应用 ——以氧化锌为例 The Morphology of Zinc Oxide Crystal 浙江大学材料科学与工程学系张昶 目录 前言 第一章六棱柱——结晶理论的预言 1.1 经典形核理论 1.2 晶体形貌理论1——BDFH理论 1.3 晶体形貌理论2——HP理论 1.4 六棱柱——晶体形貌理论对氧化锌晶体结构的预言 第二章不同形状的“铅笔”——氧化锌粉体的生长 2.1 预言与实际 2.2 “铅笔”的长大——氧化锌粉体的生长过程 2.2.1 化学反应过程 2.2.2 晶体生长过程 2.3 “橡皮头铅笔”——氧化锌粉体的外形调制 第三章“花簇”与“扇子”——氧化锌纳米粒子的生长 3.1 氧化锌纳米粒子的外形 3.2 氧化锌纳米粒子的生长过程 3.2.1 基本粒子的形成 3.2.2 “杉树”的长大 3.2.3 分化：“花簇”与“扇子”的形成 3.2.4 小节 第四章不同形貌的氧化锌的性能研究 4.1 不同氧化锌晶体的形貌及其制备方式 4.2 不同形貌氧化锌晶体的微波电磁性能及应用 第五章总结 附录一：参考文献 附录二：中英文名词对照表
前言 晶体是内部原子排列长程有序，外部形貌规则而平整的固体。我们该如何了解某种晶体的形貌呢？理论和实践是人类获得知识的两种方式，实践是检验理论的唯一方式。想要知道一种晶体的外形，除了通过做实验直接观察，我们还可以通过已有的理论预测。 氧化锌是一种无机材料，在电子、化工等领域均有广泛应用。它的外形多种多样，且与性质息息相关。如果能控制氧化锌晶体的外形，我们就能调制氧化锌晶体的性质。因此，研究氧化锌晶体的形貌形成对研究和生产有实际的帮助。 本篇论文中，我会从一系列的形核与生长理论出发，预测氧化锌晶体的外形；然后通过实验中观察到的粉体氧化锌和纳米氧化锌晶体外形，验证结晶理论；并给出氧化锌形成这些形状的机理。最后举例说明晶体形貌控制在研究和工业生产中的应用。 希望通过本论文的写作，能巩固我的晶体生长基础知识，并对日后的研究和工作提供帮助。 图0-1：丰富多彩的氧化锌纳米晶外形
非晶硅薄膜及其制备方法研究进展 摘要：氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜在薄膜太阳能电池、薄膜晶体管、辐射探测和液晶显示等领域有着重要的应用，因而在世界范围内得到了广泛的关注和大量的研究。本文主要介绍了a-Si:H薄膜的主要掺杂类型和a-Si:H薄膜的主要制备方法。 关键词：非晶硅薄膜；掺杂；制备方法；研究进展 Research Progress on a-Si:H Thin Films and Related Preparation Method Abstract:Hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) thin film has attracted considerable attention and been a subject of extensive studies worldwide on account of its important applications such as thin film solar cells, thin film transistors, radiation detectors, and liquid crystal displays based on its good electrical and optical properties. In this paper, the progress research on a-Si:H thin films and related preparation method are reviewed. Key words: a-Si:H thin films; doped; preparation method; research progress 1 引言 氢化非晶硅(a-Si:H)是硅和氢的一种合金，网络中Si-H键角和键长的各种分布打乱了晶体硅晶格的长程有序性，从而使非晶硅具有独特的光电性质。本征a-Si:H薄膜中，一般含有8% ~12%（原子分数）的氢，本征的a-Si材料的带隙宽度Eg约为1.7eV[1-3]。 1976年，美国RCA实验室Carlson和Wronski首次报道了非晶硅薄膜太阳电池[4]，引起普遍关注，全世界开始了非晶硅电池的研制热潮。一般在太阳能光谱可见光波长范围内，非晶硅的吸收系数比晶体硅大将近一个数量级，其本征吸收系数高达105cm-1。而且非晶硅太阳能电池的光谱响应的峰值与太阳能光谱峰值接近，这就是非晶硅材料首先被用于太阳能电池的原因。首先非晶硅材料高的吸收系数，非晶硅吸收层的厚度可以小于1μm就可以充分的吸收太阳能，这个厚度不及单晶硅电池厚度的1%，可以明显的节省昂贵的半导体材料；其次硅基薄膜电池采用低温沉积工艺技术（200℃左右），这不仅可节能降耗，而且便于采用玻璃、塑料等廉价衬底；最后硅基薄膜采用气体的辉光放电分解沉积而成，通过改变反应气体组分可方便地生长各种硅基薄膜材料，实现pin和各种叠层结构的电池，节省了许多工序，非晶硅薄膜的这些优点都很大程度上促进了非晶硅太阳能电池的开发与研究[5-7]。 但是，非晶硅材料自身存在一些问题，由于薄膜内部存在大量的缺陷态(主要是悬挂键)，
CdS/ZnO纳米棒的制备和性质研究 09应用物理孙家驹200910250101 ZnO是一种重要的Ⅱ―Ⅵ族半导体化合物，能广泛应用于光电领域本文采用水溶液生长法，以硝酸锌和氨水为前驱生长液，通过衬底表面晶种层的外延生长方式，制备了高取向的六方纤锌矿氧化锌(ZnO)纳米/微米棒晶阵列薄膜。研究了ZnO棒晶在水溶液中外延生长的机理。考察衬底微结构、生长时间和初始锌离子浓度等对ZnO棒晶尺寸的影响。在生长溶液中添加硝酸镉，通过调节生长液中硝酸镉的浓度、pH值、硝酸镉的加入方式以及生长时间等考察了对ZnO薄膜形貌的影响。在生长溶液中加入氯化钠、柠檬酸钠、硝酸铵以及氟化铵研究了 ZnO薄膜形貌的变化。 利用XRD、SEM、EDS、FESEM、TEM和HRTEM等方法分析和表征了制得的ZnO薄膜的物相组成、晶体形貌和组织结构等。实验发现在氨水体系中加入硝酸镉由于静电力作用，到正电的[Cd(NH3)6]2+与[Zn(NH3)4]2+竞争吸附于ZnO晶体(0001)负极性面，迫使大量[Zn(NH3)4]2+吸附于ZnO晶体的(1000)和(1010)晶面，导致棒径方向的生长速率增大，制备出直径高达700nm的ZnO棒晶，棒晶之间相互嵌合生长，得到了高取向、高致密度的ZnO多晶取向薄膜。生长溶液中加入柠檬酸钠后制备出片状ZnO；加入氟化铵后制备出针状ZnO。本文通过考察晶种层衬底微结构、生长时间和初始锌离子浓度等研究了水溶液法ZnO的外延生长规律。实验结果表明：排列整齐一致的
ZnO纳米棒晶阵列的制备需要衬底表面涂敷ZnO晶种层；随着生长时间的增加，棒的尺寸增大；生长液初始锌浓度主要影响棒的c轴方向的生长速率，浓度的增大有利于ZnO棒晶阵列的致密度以及整齐度；生长液中加入硝酸镉后，随着初始镉离子浓度的增加，棒径从～180nm增至～400nm；增大初始pH值后，ZnO棒晶的尺寸无明显变化，但薄膜由致密变的疏松，原因是小棒径的ZnO棒晶溶解；ZnO在原Zn(NO3)2/NH3·H2O体系中生长1h后再置入[Zn(NO3)2、Cd(NO3)2]/NH3·H2O生长体系随着二次生长液中镉离子浓度由0.012 M增至0.03 M时，棒径从～300 nm增至～700nm，且相互嵌合生长在一起，出现棒晶二次生长的现象。通过在生长液中添加Cd(NO3)2，可实现大范围棒径尺寸的调节，其棒径的范围为～180nm至～700nm，并能制备出高取向、高致密度的ZnO多晶薄膜。 制备步骤： 1先制备氧化锌籽晶，将MEA单乙醇胺、Zn(Ac)2、乙二醇甲醚按适量配比混合在60摄氏度温度下不断搅拌加热两个小时，然后取玻璃基底提拉十次，每次提拉都在300摄氏度温度下干燥十分钟。然后放入马弗炉，调整温度500摄氏度，一小时后取出。 2．在氧化锌籽晶的基础上制成氧化锌纳米棒。将0.1mol HTMs 六亚甲基四胺和0.1mol Zn（NO3）2混合，将带有氧化锌种子的玻璃片放入溶液，在95摄氏度温度下加热10h。取出后在500摄氏度温度下干燥2h。 3. 掺入硫化镉。取1 g CdCl2 2.5H2O，0.5 g SC（NH2）2和2 g KOH
The luminescence of nanocrystalline ZnO particles: the mechanism of the ultraviolet and visible emission 氧化锌纳米晶体粒子的发光：紫外发光与可见发光机理 Abstract (摘要) Results of steady-state luminescence measurements performed on suspensions of nanocrystalline ZnO particles of different sizes are presented. (本文提供了对不同粒径大小的氧化锌纳米晶体粒子悬浮液的稳态发光测量结果。) In all cases two emission bands are observed.(在所有的例子中，观测到两个发光带。) One is an exciton emission band in the UV and the second an intense and broad emission band in the visible, shifted by approximately 1.5 eV with respect to the absorption onset. (第一个是存在于紫外区的激子发光带；第二个是存在于可见光区的强烈且宽的发光带，这个发光带的吸收起始点以约1.5eV进行变换。) As the size of the particles increases, the intensity of the visible emission decreases, while that of the exciton emission increases. (随着粒子大小的增加，可见区发光的强度减弱，而激子发光强度增加。) In accordance with previous results, a model is presented in which the visible emission is assigned to the radiative recombination of an electron from a level close to the conduction band edge and a deeply trapped hole in the bulk (Vo**) of the ZnO particle. (根据之前的结果，提出了一个模型，可见发光是接近导带边缘水平的电子与氧化锌粒子本体（V o**）的深陷阱空穴的辐射再结合。) The size dependence of the intensity ratio of the visible to exciton luminescence and the kinetics are explained by a model in which the photogenerated hole is transferred from the valence band to a V o* level in
ZnO 纳米结构及其应用 ZnO 是一种II-VI 族宽带隙的半导体材料,相对分子质量为81.37,密度为5.67g/cm 3。ZnO 为纤锌矿的六方晶体结构,晶格点阵常数为a=0.32nm ，c=0.52nm 。直接禁带宽度E g =3.37eV ，激子结合能E b =60meV 。 ZnO 纳米结构很多，有纳米线(棒)，纳米片，纳米带，纳米环等。以一维纳米线（棒）最为常见。 ZnO 纳米线(棒)[1][1]M. Law, L. E. Greene, J. C. Johnson, R. Saykally, and P . D. Yang, Nat. Mater., 4, 455–9 (2005). [2]Zhihong Jing;Jinhua Zhan. Adv. Mater. 2008, 20, 4547–4551 [3]J.G. Wen et al. / Chemical Physics Letters 372 (2003) 717–722 ZnO 纳米片 [2]ZnO 纳米带[3]
ZnO 纳米线的应用 ?光电探测器 ?发光二极管 ?场效应晶体管 ?染料敏化太阳能电池（DSSC）?纳米电动机
光电探测器 光电探测器是指能把光辐射能量转换为一种便于测量的物理量的器件。主要性能参数： a.响应度：单位入射光功率与所产生的平均光电流比，单位为A/W。 S =I ph /P opt b.光开关比(on/off ratio)： on-off ratio=(I light －I dark )/I dark 其中，I light 和I dark 分别为光照射时产生的电流和无光照射时的电流（暗电流） c.恢复时间(recovery time)：撤掉光源时，电流降到暗电流所用的时间。 几种ZnO纳米线基光电探测器及其性能参数： 1.ZnO纳米线担载Au颗粒型[1]： on/off ratio:5×106,recovery time:10 s(λ=350 nm, Power density=1.3 mW/cm2) 2.ZnO 纳米线两端与金属形成肖特基势垒型[2]： on/off ratio:4×105, sensitivity:2.6×103A/W,recovery time:0.28 s(365 nm UV light with intensity 7.6 mW/cm2) 3.graphene/ZnO NW/graphene结构型[3]： on/off ratio:8×102, recovery time:0.5 s(325 nm UV laser with a power density of 100μW/μm2 and at a bias of 2V) [1]Liu et al.,J. Phys. Chem. C 2010, 114, 19835–19839 [2]Cheng et al.,Appl. Phys. Lett. 99, 203105 (2011) [3]Fu et al.,Appl. Phys. Lett. 100, 223114 (2012)
毕业设计 文献翻译 题目化学法合成Zn(OH) 及其 2 ZnO的相转变研究 专业材料物理 班级材物091 学生赵燕 指导教师张卫华 2012 年
2013届材料物理与化学系毕业设计（文献翻译） 等轴晶氧化锌纳米颗粒的合成 摘要 氧化锌在许多重要的领域被广泛使用，如太阳能电池，压电换能器，发光二极管，气体传感器，和催化剂。本文研究的重点是从水溶液中合成等轴晶氧化锌纳米颗粒。由透射电子显微镜和X-射线衍射来研究合成的ZnO粒子的形状，大小，和相位。提出了一个合成机制。ZnO颗粒尺寸效应用光吸收紫外-可见分光光度法进行评估。本文的研究提供了一个简单，更好的定义，更灵活的方式来合成等轴晶ZnO纳米颗粒。 关键词：氧化锌纳米颗粒颗粒大小晶相光的吸收 1.引言 ZnO在过去几年中，已被广泛的研究。它在许多重要领域被广泛使用，如太阳能电池[1] ，电子[2] ，发光二极管[3]，气体传感器[4]，和催化剂[5]。紫外-可见吸收光谱表明，吸收强度和吸收的光的波长，随反应时间和氧化锌颗粒尺寸增加[6-8]。然而，大多数研究都集中在ZnO纳米棒和纳米带的合成，因为其z轴方向优先选择呈增长的趋势 [9-12]。等轴状的ZnO纳米颗粒没有很容易地获得定义的结晶度。从不同的角度，等轴晶ZnO纳米颗粒可以被更容易地组装成维一的结构，制成薄膜或本体结构，和新颖的在太阳能电池中的电子和光学性质，透明的电子，和发光二极管的尺寸定制。这需要更好的理解ZnO纳米颗粒的合成的，以控制其形状和大小。然而，ZnO纳米棒，不是纳米颗粒可以很容易地形成[13]。 许多方法已被用于合成ZnO纳米颗粒。固态的方法包括化学气相沉积法[14]，原子层沉积[15] ，热分解[16]，喷雾热分解法[17] ，和激光加热[18]。液体方法包括直接沉淀法[19]，溶胶-凝胶法[6]，水解[20]。在这些方法中，固态的过程产生高度凝集粒子。与此相反，低温下液体基体的路线有利于形成分散粒子。
Cryst. Res. Technol. 38, No. 6, 429 – 432 (2003) / DOI 10.1002/crat.200310053 ? 2003 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 0232-1300/03/0606-0429 $ 17.50+.50/0 Asymmetric twinning crystals of Zinc oxide formed in a hydrothermal process HaiYan Xu, Hao Wang*, YongCai Zhang, Shu Wang, ManKang Zhu, Hui Yan The Key Laboratory of Advanced Functional Materials of China Education Ministry, Beijing University of Technology, Beijing 100022, China Received November 14, 2002, revised 10 January 2003, accepted 18 February 2003 Published online 15 June 2003 Key words zinc oxide, hydrothermal method, asymmetric shape. PACS 81.05.Je, 81.10.Dn Well crystallized ZnO powders with various morphologies such as hour glass-shaped, shortened prismatic, flake-like and prismatic form have been synthesized by adopting the system of Zn(Ac)2-KOH-H 2O via a hydrothermal process at 200°C for 2 h. It was found that the as-synthesized hour glass-shaped ZnO crystallites are asymmetric both in shape and stoichiometry: while the atomic ratio of O/(Zn+O) at the bigger end ranges from about 60% to 40% along the polar axis of the hour glass-shaped ZnO crystallites, the atomic ratio of O/(Zn+O) at the smaller end remains almost constant at approximately 50%. 1 Introduction Zinc oxide (ZnO), as a wide band gap (3.37 eV) semiconductor with a large exciton binding energy (60 eV), has been extensively investigated due to its promising applications in short-wavelength light-emitting, transparent conductor, piezoelectric materials and room temperature ultraviolet lasing [1]. So far, several preparation procedures including sol-gel method [2], evaporative decomposition of solution [3], wet chemical synthesis [4], gas-phase reaction [5] and hydrothermal synthesis [6, 7], etc. have been developed to obtain ZnO crystallites. A variety of morphologies such as prismatic forms [8], ellipsoidal [9], bi-pyramidal and dumbbell-like [10], nanorods [11], nanowires [12] and spheres [13] have been synthesized during the last decade, and the growth mechanisms of ZnO crystallites with different shapes have also been discussed. In this study, well crystallized ZnO powders with various morphologies such as twinning hour glass-shaped, shortened prismatic, flake-like and prismatic form were synthesized by adopting the system of Zn(Ac)2-KOH-H 2O via a hydrothermal process. We found an interesting phenomenon in the as-synthesized hour glass-shaped ZnO crystallites: the two part are asymmetric both in shape and stoichiometry: the atomic ratio of O/ (Zn+O) at the bigger end ranges from about 60% to 40% along the polar axis of the hour glass-shaped ZnO crystallites, while the atomic ratio of O/ (Zn+O) at the smaller end remains almost unchanged at approximately 50%. 2 Experimental Section In a typical process, mixed aqueous solution of 6.5 ml Zn(CH 3COO)2 (1 mol/l) and 26 ml KOH (0.25-2.00 mol/l) was transferred into a 50 ml Teflon-lined autoclave and heated at 200 o C for 2 hours. The as-formed white precipitate was collected and washed several times with deionized water, then dried at 80 o C. ____________________ * Corresponding author: e-mail: haowang@https://www.doczj.com/doc/1814079606.html,
随机生长型氧化锌纳米线的受激辐射和激射 我们报道了室温下紫外受激辐射和以高质量的氧化锌纳米线为泵浦的激光器。由于粒子散射而产生的辐射显示出典型的受激辐射的特性。在高强度泵浦的作用下，能看到与随机激光有关的几个尖峰。激光发射的机理是随机生长型纳米线之间的相干多散射。腔长的特性是由激光光谱的傅里叶变换决定的。 1.引言 一维半导体因为其基本的物理特性和广泛的用在纳米电子和纳米光子器件中而成为重要的基础单元。氧化锌纳米线因为表现出大的离子结合能（60meV），宽禁带（3.37eV）和低的紫外激光阈值而尤为重要。最近在激光方面的发展或者受激辐射已经在多种低维的氧化锌装置如微腔、纳米线、纳米棒和纳米带中实现。对于大直径比如氧化锌微腔，回音壁模式产生的激光机理（WGMs）。由于全内反射使光线聚集在微纳米线周围。当氧化锌微纳米线的直径小于光纤波长时，WGMs会因为衍射而产生很大的散射损耗。F-P腔用来分析个别单一纳米结构和长须中的激光模式，两个纳米线作为F-P腔的端面。 然而在随机导向的纳米线混乱系统中，在这些混乱的纳米线中，光子相干期间会存在多重衍射。与传统的激光器不同，在多晶氧化锌薄膜的介质和粉末中的随机激光辐射是相干散射产生的，并不包括任何F-P腔的信息。随机激光的一个重要因素是存在高增益介质和样本高效率散射来提供有效地相干反馈。因为氧化锌微纳米线的高增益特性，随机激光分布在高密度垂直定向氧化锌纳米棒阵列。由于多重散射形成的不同共振空洞会产生不同的激光方向。在本文中，我们研究受激辐射和随机生长型氧化锌纳米线的激光和讨论他们的机理。通过对激光光谱的傅里叶变换，我们得到随机激光腔特定回路的长度。 2.实验步骤 在一个简单的蒸汽，气液固转换的方法生长的形成合成的氧化锌纳米线。详细的生长步骤在别的文献中介绍。对于连续波光致发光的检测，我们应用He-Cd 激光器作为激励源；对于脉冲泵浦，我们使用三次谐波的Nd:YVO4激光器其脉冲宽度为500 ps，重复率为1 kHz。通常激励是针对激光束的，集中在样本表面上的各种不同的光衰减器。采样点的大小为100 mm。自发和受激辐射由纤维束采集，由一个1200线/nm的光栅耦合到一个0.32cm的单色仪上然后由CCD或PMT测量。所有的实验都是在室温下进行的。 3.结果与讨论 电子显微镜提供生长产品的一般形态。如图1(a)所示：典型的扫描电子显微 ，直径在60nm 镜清楚地显示随机生长性的氧化锌纳米线的长度超过模板3m 到200nm。图1(b)显示的是纳米线直径为120nm时的图形。选定区域的单一的纳米线的图形如图1(c)所示，显示了完全的衍射图。这就指出氧化锌纳米线为单晶，能够根据生长方向被检索成六边形的氧化锌衍射方向。