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Au催化ZnO纳米结构的制备与研究

作　者: 申加兵
导　师: 庄惠照
学　校: 山东师范大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 氧化锌 纳米结构 晶体生长 化学气相沉积法
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


纳米科技将是21世纪的主导科学技术,而纳米材料则是纳米技术应用的基础,由于纳米材料独特的物理和化学性质及其在许多领域展示的潜在的重要应用前景,使得纳米材料已经成为当今科学研究的前沿和热点。而ZnO（室温下禁带宽度为3.37 eV）在科学研究与技术应用中被认为是最重要的半导体材料之一。研究者已经利用湿化学法、电化学沉积法、模板法、射频磁控溅射法、金属有机气相外延法等制备出包括纳米线、纳米环、纳米带、纳米棒和纳米管等多种形貌的ZnO纳米结构。我们研究小组利用一种简单有效的方法成功制备出平直多孔ZnO纳米带、折线状多孔ZnO纳米带、链状ZnO纳米结构。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、场发射透射电镜（FETEM）和光致发光谱（PL）等测试手段详细分析了ZnO纳米材料的结构、组分、形貌和光致发光特性。初步探讨了极性取向生长效应在ZnO纳米结构的生长过程中所起的特殊作用,并对ZnO纳米结构的成长机制进行了研究。1.平直多孔ZnO纳米带成功制备出具有光滑表面和高密度孔的平直多孔ZnO纳米带,这种简单的方法制备出的单晶多孔ZnO纳米带具有产量高、结晶好、成本低、发光特性好等特点。在我们的试验中,样品具有较高的发光强度比(Iuv:Ivs≈10),并且没有发现其他明显的发光峰,说明所制备的平直多孔ZnO纳米带具有良好的光学特性。对平直多孔ZnO纳米带的生长过程进行了讨论,突出了ZnO极性取向生长效应在平直多孔ZnO纳米带成核与生长过程中的重要作用,这种长有大量纳米孔具有极高表面体积比的ZnO纳米结构具有很高的潜在应用价值。2.折线状多孔ZnO纳米带制备出新颖的折线状多孔ZnO纳米带,其拐角处为118°,纳米带按照[0001]到[01（?）1]方向周期性变化生长。折线状多孔ZnO纳米带表面光滑而且生长有大量孔洞。应用X射线衍射（XRD）,电子显微镜（SEM,SEM,FETEM）,荧光光度计等对样品的结构、形貌和光致发光等特性进行测试。讨论了这种特殊的ZnO纳米结构的生长机制,其中,生长因素（例如外部生长温度、分压、过饱和度等）的细微变化会扰乱比较活跃的生长表面及其化学势能,因而,比较活泼的生长表面会被改变,例如纤锌矿结构ZnO中由最活泼的[0001]生长面到相对较弱的[01（?）1]生长面的周期性改变,最终形成折线状多孔ZnO纳米带。3.链状ZnO纳米结构成功合成出链状ZnO纳米结构,在这种特殊纳米结构的生长过程中,硝酸银分解的产物起了重要的作用,H键、Ag-O键、N-O键、H-O键等极性键和氧源（O2,H2O和NO2等）影响了ZnO的生长,我们对这种现象提出了一种合理的解释。这种新的形貌可以丰富我们对于ZnO晶体生长的认识,特殊的结构特点具有潜在的应用价值。

全文目录


摘要  6-8
Abstract  8-10
第一章 绪论  10-28
  1.1 纳米材料与纳米技术  10-11
  1.2 纳米材料的特性  11-13
  1.3 ZnO材料的性质  13-16
  1.4 ZnO纳米结构的制备  16-18
  1.5 极性取向生长效应及其在ZnO纳米结构生长过程中的作用  18-21
  1.6 ZnO纳米材料的应用  21-25
  1.7 选题依据及研究内容  25-28
第二章 实验设备和测试表征方法  28-34
  2.1 实验设备介绍  28-30
  2.2 实验中所需要的主要材料和试剂  30
  2.3 衬底的处理  30-31
  2.4 样品的测试与表征  31-34
第三章 平直多孔ZnO纳米带的制备与研究  34-44
  3.1 平直多孔ZnO纳米带的制备  34-35
  3.2 实验温度与实验时间对平直多孔ZnO纳米带的影响  35-37
  3.3 平直多孔ZnO纳米带的测试与表征  37-41
  3.4 平直多孔ZnO纳米带生长讨论  41-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章 折线状多孔ZnO纳米带的制备与研究  44-52
  4.1 折线状多孔ZnO纳米带的制备  44
  4.2 折线状多孔ZnO纳米带的测试与表征  44-49
  4.3 折线状多孔ZnO纳米带生长讨论  49
  4.4 本章小结  49-52
第五章 链状ZnO纳米结构的制备  52-62
  5.1 链状ZnO纳米结构的制备  52-53
  5.2 链状ZnO纳米结构的测试与表征  53-56
  5.3 链状ZnO纳米结构的生长讨论  56-60
  5.4 本章小结  60-62
第六章 全文总结及对今后研究工作的建议  62-64
参考文献  64-70
攻读硕士学位期间发表的论文目录  70-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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