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ZnO纳米结构的PLD法制备与光致发光物性研究

作　者: 刘潇
导　师: 杨彬
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 氧化锌 二氧化硅 纳米材料 核壳纳米结构 光致发光 发光稳定性
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 研究背景介绍  9-10
  1.2 ZnO 与 ZnO 纳米材料的简介  10-14
    1.2.1 ZnO 材料的晶体结构和主要物理参数  10
    1.2.2 ZnO 的性能和应用  10-11
    1.2.3 ZnO 纳米材料简介  11-12
    1.2.4 ZnO 纳米结构的制备  12-14
    1.2.5 ZnO-SiO_2核壳结构简介  14
  1.3 ZnO 的光致发光特性  14-16
    1.3.1 ZnO 近紫外波段光致发光简介  15
    1.3.2 ZnO 可见光波段的光致发光简介  15
    1.3.3 ZnO 光致发光测试简介  15-16
  1.4 国内外的研究现状  16-18
  1.5 本文的主要研究内容  18-19
第2章 ZnO 与 SiO_2薄膜的制备与光学特性研究  19-30
  2.1 引言  19
  2.2 脉冲激光沉积法及实验方案  19-21
    2.2.1 脉冲激光沉积法  19-20
    2.2.2 ZnO 与 SiO_2陶瓷靶材的烧结  20-21
  2.3 ZnO 薄膜的制备与发光特性  21-24
  2.4 SiO_2薄膜的制备与透光特性  24-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章 ZnO 纳米结构的制备与光致发光特性研究  30-49
  3.1 引言  30-32
    3.1.1 脉冲激光沉积沉积 ZnO 纳米结构的基本原理  30-31
    3.1.2 脉冲激光沉积法生长纳米结构的影响因素  31-32
  3.2 ZnO 纳米结构的生长特性和光致发光特性  32-48
    3.2.1 ZnO 纳米结构的表征  32-34
    3.2.2 衬底温度对 ZnO 纳米结构形貌和发光特性的影响  34-37
    3.2.3 氧气压对 ZnO 纳米结构的形貌和发光特性影响  37-42
    3.2.4 激光能量对 ZnO 纳米结构形貌和发光特性的影响  42-45
    3.2.5 靶基距对 ZnO 纳米结构形貌和发光特性的影响  45-48
  3.3 本章小结  48-49
第4章 ZnO-SiO_2核壳纳米结构的制备和发光物性研究  49-57
  4.1 引言  49
  4.2 ZnO-SiO_2核壳纳米结构的制备和发光特性  49-52
  4.3 ZnO-SiO_2核壳纳米结构在溶液中的发光稳定性  52-56
  4.4 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-62
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  62-64
致谢  64

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