文档介绍：湖南大学
硕士学位论文
ZnO和Co doped ZnO一维纳米材料的制备及光学性质研究
姓名:陈鹏
申请学位级别:硕士
专业:凝聚态物理
指导教师:邹炳锁
20100507
摘要氧化锌是一种新型的.Ⅵ族宽禁带直接带隙半导体材料,纳米氧化锌拥有纳米材料和半导体材料两方面的优秀性质,在光电材料、气敏器件、催化剂和光催化剂、太阳能电池等方面都表现出广泛的应用前景。因此对一维氧化锌纳米材料制备及性质的研究具有重要的实际意义。本文采用热蒸发的方法合成一维氧化锌及其掺钴纳米材料,侧重于其光学性能的研究。首先,以氧化锌粉末和碳粉末为原料,用热蒸发的方法在氩载流气的作用下通过控制反应条件合成氧化锌纳米带,结果表明反应的温度和氧分压对于产物的形貌有很大影响,用湎哐苌湟欠治鏊貌镂O宋靠罅墙峁埂Q吩诮场扫描电子显微镜下观察,发现氧化锌具有很好的光波导性质,光致发光谱显示样品在τ幸桓鲎贤夥⒐夥澹处有一个绿光发光峰,分别对应着氧化锌的带边和缺陷发光。所得氧化锌纳米带的紫外可见吸收边在右,与表面光伏响应的起峰位置一致,场诱导下样品表面光伏谱表明,产物的表面光伏响应对外场很敏感。其次,以氧化锌粉末、碳粉末为原料,以氧化钴粉末为掺杂剂,采用热蒸发的方法,通过调整反应条件,合成钻掺杂氧化锌纳米带,所得样品在场发射扫描电子显微镜下观察,发现其尺寸均匀,。湎哐苌谱表明样品为纤维锌矿六角结构,但峰位向大角度方向偏移,没有新的相出现,说明钴在替位锌后使氧化锌晶格发生畸变。掺杂后氧化锌纳米带光致发光谱在紫外区的发光峰分裂为两个次级峰,峰位置与钴掺杂浓度有关。表面光伏谱表明,相对于氧化锌纳米带,掺钴后氧化锌纳米带的表面光伏响应范围和强度都增大,这与钻掺杂后引入更多的表面态有关。采用热蒸发法合成一维钴掺杂氧化锌纳米材料,调节氧化锌纳米材料的光电性质,使其在微纳米尺度光电器件中获得更广泛的应用具有重要意义。关键词:氧化锌:掺杂:纳米材料:光致发光:表面光伏Ⅱ
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第滦髀引言具有特殊结构的新型材料,纳米微粒具有木的比表面积和表面原子数,导致其表纳米是一个长度单位,母米。纳米材料是世纪未期发展起来的一种面的晶体结构和电子结构相应的发生改变,从而具备许多与传统材料不同的物理性质。纳米科学技术是指研究尺寸在之间的物质及其内在单元的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。它是由多学科交叉汇合而形成的一门新兴学科,涉及到凝聚态物理、原子物理、化学反应动力学和表面、界面等相关学科【俊D擅准际醯牟敕⒄雇贫擞胫喙氐男矶嘈滦学科,有纳米材料学,包括纳米材料的准备和表征;纳米生物学,主要是在纳米尺度上研究生物大分子的细微结构及与其功能的联系;纳米电子学,包括纳米材料和纳米电子器件的表征及原子操控、纳米加工等。纳米材料一般是指三维空间中至少有一维在纳米尺度范围~内,或以它们为基本结构单元结合而形成的材料【俊D擅撞牧习雌湮仁苫治H罄啵毫阄⒁晃⒍维纳米材料及以上各种形式的复合材料。⒘阄擅撞牧鲜侵溉占涑叨染D擅壮叨取⒁晃擅撞牧鲜侵覆牧系某叽缰辽僭诹礁龇较蛏衔D擅壮叨取⒍擅撞牧鲜侵覆牧显谌占渲兄挥幸晃τ谀擅壮叨取由于这些单元往往具有量子性质,因此零维、一维、二维基本单元又分别被称为量子点、量子线、量子阱。纳米材料保持原来物质的化学性质并处于亚稳态的原子团或分子团,其纳米微粒是由数目有限的原子或分子构成的。随着线度的减小,物质表面的原子数的相对比例增大,从而使单原子的表面能明显增大,当材料尺寸到纳米尺度时,就会具有与体材料不同的性质,并显示出一些特殊效应,主要可以分为以下几种最基本的特性【浚⑿〕叽缧вΓ阂晃擅撞牧现械奈⒘3叽缧〉揭欢ǔ潭仁保谝欢ㄌ跫会引起材料宏观物理、化学性质上的变化。如随着材料尺寸的减小,会使其与反应分子接触的机率增大,增强材料的吸附能力、利用等粒子共振频移随颗粒尺寸变化的性质,可以通过改变颗粒尺寸,控制吸收边的位置,制造具有一定波段吸收能力的纳米材料、纳米磁性金属,它们的磁化率是其体材料磁性的倍、同时,纳米材料还展现出了优异的力学性能。⒈砻嫘вΓ汗烫宀牧系谋砻嬖佑肽诓吭铀宄』肪澈徒岷夏懿煌硕学位论文
擅撞牧系慕峁辜靶灾存在许多悬空键具有不饱和特性,易与周围环境发生物理化学反应。当材料尺寸远大于原予尺度时,表面原子作用基本上可以忽略;但当粒径与原子直径相当时,表面原子的数目及其作用就很明显【。比如在材料尺寸为保砻嬖诱疾料原子总数比例近%,但在尺寸小至保壤龃蟮浇ィ槌筛貌牧系原子几乎都分布在表面。极大的增强了材料的活性。利用此特性,人们可以在很多方面使用纳米材料来提高材料的利用率和扩大纳米材料的应用范围。例如,提高催化效率,吸波材料