Co_2_掺杂ZnO纳米线的制备与光学特性的研究
《ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性研究》范文
《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飞速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质在众多领域展现出巨大的应用潜力。
其中，氧化锌（ZnO）纳米线因其高表面活性、良好的电子传输性能以及在光电器件、传感器等方面的广泛应用，受到了广泛关注。
本文将重点探讨ZnO纳米线阵列的可控制备方法及其在气敏性领域的应用研究。
二、ZnO纳米线阵列的可控制备1. 制备方法ZnO纳米线阵列的制备主要采用化学气相沉积法（CVD）。
该方法通过控制反应温度、反应物浓度、生长时间等参数，实现对ZnO纳米线尺寸、形貌和密度的调控。
此外，还可以结合其他物理或化学方法，如溶胶-凝胶法、模板法等，进行复合制备。
2. 制备过程（1）准备工作：准备清洗干净的基底（如硅片、玻璃等），以及所需的反应物（如Zn粉、氧化锌粉末等）。
（2）反应过程：在特定的温度和压力下，将反应物加热至反应温度，通过控制反应时间，使ZnO纳米线在基底上生长。
（3）后处理：反应结束后，对样品进行清洗和干燥处理，以去除残留的反应物和杂质。
三、气敏性研究1. 气敏性原理ZnO纳米线具有较高的表面活性，能够与气体分子发生相互作用，导致其电阻发生变化。
这种变化与气体分子的种类、浓度以及温度等因素有关，从而实现对气体的检测和识别。
2. 实验方法（1）气敏性能测试：通过将ZnO纳米线阵列置于不同浓度的目标气体中，测量其电阻变化，分析其气敏性能。
（2）对比实验：选择其他类型的ZnO纳米材料或传统传感器进行对比实验，以评估ZnO纳米线阵列的优越性。
3. 实验结果与分析（1）结果展示：通过实验测得ZnO纳米线阵列在不同浓度目标气体下的电阻变化曲线。
（2）结果分析：分析ZnO纳米线阵列的气敏性能与气体浓度、温度等因素的关系，探讨其气敏机理。
同时，与对比实验结果进行比较，分析ZnO纳米线阵列的优越性。
四、结论本文研究了ZnO纳米线阵列的可控制备方法及其在气敏性领域的应用。
《ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性研究》
《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飞速发展，ZnO纳米材料因其独特的物理和化学性质，在传感器、光电材料等领域具有广泛的应用前景。
ZnO纳米线阵列作为其中一种重要的纳米结构，具有较高的比表面积和优良的电子传输性能，因此对气体分子的检测和响应具有显著的优势。
本文旨在研究ZnO纳米线阵列的可控制备方法，并对其气敏性进行深入探讨。
二、ZnO纳米线阵列的可控制备1. 材料选择与准备本实验选用高纯度的锌源和氧源，通过化学气相沉积法（CVD）制备ZnO纳米线阵列。
在实验前，需对基底进行清洗和处理，以保证纳米线的生长质量。
2. 制备方法采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术，通过控制反应温度、反应时间和气体流量等参数，实现ZnO纳米线阵列的可控制备。
具体步骤包括：将锌源和氧源分别引入反应室，在基底上形成ZnO纳米线。
通过调整锌源和氧源的比例、反应温度和生长时间等参数，可以实现对ZnO纳米线阵列形貌、尺寸和密度的控制。
3. 结构表征采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等手段对制备的ZnO纳米线阵列进行结构表征。
SEM可以观察纳米线的形貌、尺寸和排列情况；XRD可以分析纳米线的晶体结构和相纯度。
三、气敏性研究1. 气体响应实验将制备好的ZnO纳米线阵列置于不同浓度的气体环境中，通过测量其电阻变化来评估其气敏性能。
实验结果表明，ZnO纳米线阵列对多种气体分子具有显著的响应，且响应速度较快。
2. 响应机理分析ZnO纳米线阵列的气敏性主要源于其表面吸附的气体分子与纳米线之间的相互作用。
当气体分子吸附在纳米线表面时，会改变纳米线的电子状态，从而引起电阻变化。
此外，纳米线的尺寸、形貌和密度等因素也会影响其气敏性能。
3. 影响因素探讨通过实验发现，制备过程中反应温度、反应时间和气体流量等参数对ZnO纳米线阵列的气敏性能具有重要影响。
此外，纳米线的表面修饰、掺杂等处理方法也可以进一步优化其气敏性能。
《ZnO纳米结构的掺杂调控及其异质结光电性能的研究》范文
《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：本文着重探讨了ZnO纳米结构的掺杂调控技术及其在异质结中展现的光电性能。
通过详细分析不同掺杂元素对ZnO纳米结构的影响，我们系统地研究了掺杂对材料结构、光学和电学性质的影响。
此外，我们还构建了ZnO基异质结，并对其光电性能进行了深入研究。
本文的研究结果为ZnO纳米结构在光电器件中的应用提供了理论依据和实验支持。
一、引言ZnO作为一种重要的宽禁带半导体材料，因其优异的物理和化学性质，在光电器件领域展现出巨大的应用潜力。
然而，ZnO 纳米结构的实际应用受限于其性能的调控。
通过掺杂可以有效地调整ZnO的物理和化学性质，进而提升其光电性能。
本研究的目的是探讨不同掺杂元素对ZnO纳米结构的影响及其在异质结中表现的光电性能。
二、ZnO纳米结构的掺杂调控1. 掺杂元素的选取本部分研究选取了常见的掺杂元素，如铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）等，分别对ZnO纳米结构进行掺杂，以观察其对材料性质的影响。
2. 掺杂方法及工艺采用分子束外延法、溶胶凝胶法等不同方法进行掺杂实验，并对不同方法的效果进行比较。
3. 掺杂对ZnO纳米结构的影响通过X射线衍射、扫描电子显微镜等手段，观察了不同掺杂元素对ZnO纳米结构的影响，包括晶格结构、形貌等。
三、异质结的构建与光电性能研究1. 异质结的构建将掺杂后的ZnO纳米结构与其他半导体材料（如Si、GaN等）结合，构建异质结。
2. 光电性能测试与分析通过光谱分析、光电流测试等手段，分析异质结的光电性能，包括光吸收、光发射、光电转换效率等。
四、结果与讨论1. 掺杂对ZnO纳米结构的影响实验结果表明，不同掺杂元素对ZnO纳米结构的晶格结构和形貌产生明显影响。
例如，Al掺杂可以增加ZnO的结晶度，而Ga和In的掺杂则能改变其能带结构。
2. 异质结的光电性能构建的异质结展现出优异的光电性能。
特别是当ZnO与其他宽带隙半导体结合时，其光吸收和光发射效率显著提高。
《ZnO纳米结构的掺杂调控及其异质结光电性能的研究》范文
《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纳米结构光学性质与器件应用研究
ZnO纳米结构光学性质与器件应用研究近年来，纳米材料的研究引起了广泛的关注，其中氧化锌（ZnO）纳米结构因其独特的光学性质和广泛的器件应用潜力而备受研究者的关注。
本文将深入探讨ZnO纳米结构的光学性质，包括其光吸收、光发射和光散射等方面，同时讨论其在光电器件中的应用前景。
首先，我们将着重研究ZnO纳米结构的光吸收特性。
由于ZnO纳米材料具有较大的比表面积和量子尺寸效应，使得其对光的吸收率增强。
实验研究表明，在紫外光区域（约370 nm以下），ZnO纳米结构的吸收显著增强，这归因于其能带结构的尺寸量子限制效应。
此外，通过控制纳米结构的形状、尺寸和表面修饰等手段，还可以实现对光吸收特性的调控，从而提高光电转换效率。
其次，我们将探讨ZnO纳米结构的光发射特性。
ZnO纳米结构表现出独特的发光行为，包括紫外发光和可见光发光，并且在可见光区域表现出强烈的绿色光发射。
这种特殊的光发射行为主要源于ZnO纳米结构的局域化态缺陷和表面态缺陷。
实验研究发现，通过调控纳米结构的形状、尺寸和缺陷控制等方式，可以有效地改变其发光行为，为光电器件的设计和制备提供了新的思路。
此外，我们将介绍ZnO纳米结构在光散射方面的应用研究。
由于其高度结构化和可控性，ZnO纳米结构具有出色的光散射性能，可广泛应用于太阳能电池、光电传感器和光学波导等器件中。
特别是在太阳能电池领域，将ZnO纳米结构应用于光散射层可以显著提高光电转换效率。
此外，通过设计多层结构和优化形状等手段，还可以进一步提高其光散射性能，为光学器件的发展提供了新的途径。
最后，我们将展望ZnO纳米结构在光电器件中的应用前景。
随着纳米技术的不断发展和深入研究，ZnO纳米结构在光电器件中的应用前景逐渐展现。
例如，利用ZnO纳米结构可实现高效的太阳能电池、高灵敏的光电传感器和高性能的发光二极管等器件。
此外，通过控制纳米结构的形状、尺寸和表面改性等手段，还可以进一步提高其器件性能和稳定性。
Co掺杂ZnO纳米棒的水热法制备及其光致发光性能
[Article]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.鄄Chim.Sin .,2008,24(7)：1165-1168July Received:February 25,2008;Revised:March 28,2008;Published on Web:May 26,2008.∗Corresponding authors.Email:wbqpaper@,yudp@;Tel:+8610⁃62759474.国家自然科学基金(90606023)、973项目(2002CB613505,MOST)、黑龙江省自然科学基金(D2007⁃113)和黑龙江省教育厅(1055G066)项目资助ⒸEditorial office of Acta Physico ⁃Chimica SinicaCo 掺杂ZnO 纳米棒的水热法制备及其光致发光性能王百齐1,2,∗夏春辉3富强2王朋伟2单旭东2俞大鹏2,∗(1天津医科大学公共卫生学院,天津300070;2北京大学物理学院,介观物理国家重点实验室电子显微实验室,北京100871;3齐齐哈尔医学院化学教研室,黑龙江齐齐哈尔161042)摘要：以Zn(NO 3)2·6H 2O 和Co(NO 3)2·6H 2O 为原料,通过水热法在较低温度下制备了纯ZnO 和Co 掺杂的ZnO(ZnO:Co)纳米棒.利用XRD 、EDS 、TEM 和HRTEM 对样品进行了表征,结合光致发光(PL)谱研究了样品的PL 性能.结果表明,水热法制备纯ZnO 和ZnO ∶Co 纳米棒均具有较好的结晶度.Co 2+是以替代的形式进入ZnO 晶格,掺入量为2%(原子分数)左右.纯的ZnO 纳米棒平均直径约为20nm,平均长度约为180nm;掺杂样品的平均直径值约为15nm,平均长度约为200nm 左右;Co 掺杂轻微地影响ZnO 纳米棒的生长.另外,Co 掺杂能够调整ZnO 纳米棒的能带结构、提高表面态含量,进而使得ZnO:Co 纳米棒的紫外发光峰位红移,可见光发光能力增强.关键词：ZnO 纳米棒;Co 掺杂;水热法制备;光致发光(PL)中图分类号：O649Hydrothermal Preparation and Photoluminescence Property of Co 鄄Doped ZnO NanorodsWANG Bai ⁃Qi 1,2,∗XIA Chun ⁃Hui 3FU Qiang 2WANG Peng ⁃Wei 2SHAN Xu ⁃Dong 2YU Da ⁃Peng 2,∗(1School of Public Health,Tianjin Medical University,Tianjin 300070,P.R.China ;2Electron Microscopy Laboratory,State Key Laboratory for Mesoscopic Physics,School of Physics,Peking University,Beijing 100871,P.R.China ;3Chemistry Department,Qiqihaer Medical College,Qiqihaer 161042,Heilongjiang Province,P.R.China )Abstract ：Pure and Co ⁃doped ZnO nanorods were synthesized by hydrothermal method at low temperature using Zn(NO 3)2·6H 2O and Co(NO 3)2·6H 2O as raw materials.The as ⁃prepared samples were studied by XRD,EDS,TEM,and HRTEM,the photoluminescence (PL)property of the samples was principally investigated by PL spectroscopy.The results showed that the crystallinities of pure and ZnO ∶Co nanorods were rather well.Co atoms substituted Zn atoms positions to incorporate into nanocrystal,the dopant content was about 2%(atomic fraction).The average diameter and length of pure ZnO nanorods were about 20and 180nm,whereas the corresponding parameters of doped nanorods were respectively about 15and 200nm.This indicated that Co doping could influence the growth of ZnO nanorods.In addition,the Co doping could tune the energy level structure and enrich the surface states of ZnO nanorods,which led to emission peak redshift in UV region and luminescence enhancement in visible light region.Key Words ：ZnO nanorods;Co doping;Hydrothermal method;Photoluminescence (PL)ZnO 是一种重要的氧化物半导体,它具有较宽的带隙(E g =3.4eV)和较大的激子缚束能(60meV).因此,ZnO 在高密度信息存贮以及光转换等领域具有广阔的应用前景[1-4].一维ZnO 纳米材料由于具有奇异的电学、磁学及光学特性使其成为纳米光电器件等领域的研究热点.人们希望能够通过简单、经济的方法制备出结晶程度好、尺寸分布均匀、性能可调的一维ZnO 纳米材料.过渡金属掺杂能够有效地调1165Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2008Vol.24节一维ZnO纳米材料的电子能态结构,改变表面状态,进而起到调控其性能的作用[5-8].Co是一种典型过渡金属元素,具有非常丰富的电子壳层结构.目前,国内外对于ZnO:Co的研究主要集中在薄膜材料的磁学方面,而对于Co掺杂低维ZnO纳米材料光学性能研究则刚刚起步[9,10].水热法具有反应条件温和、产品纯度高、实验过程可控等优点被广泛用于一维纳米材料的制备[11-14].近来,对于水热法制备过渡金属掺杂一维ZnO纳米材料逐渐引起科研人员的注意[15].本文在较温和的条件下,通过水热法制备出了ZnO:Co纳米棒,深入探讨了Co掺杂对于一维ZnO纳米材料结晶、形貌以及光学性能等的影响,得到了有意义的结果.1实验部分1.1试剂及样品的制备过程实验中所用到的试剂均为分析纯,未经进一步提纯.实验用水为二次去离子水.样品制备是结合文献[16]的水热过程,将0.005mol·L-1的NaOH乙醇溶液缓慢滴加到含有0.005mol·L-1的Zn(NO3)2·6H2O 乙醇溶液中.将混合溶液转移至高压反应釜中,在130℃下反应12h,将反应产物经二次去离子水、乙醇等洗涤后,在130℃下干燥,即可获得纯ZnO纳米棒.为了得到ZnO:Co纳米棒,将一定量的Co(NO3)2·6H2O加入到Zn(NO3)2·6H2O乙醇溶液中分散均匀,其余制备过程与纯ZnO纳米棒制备过程相同.1.2样品的表征利用日本Rigaku的D/MAX⁃2400型X射线衍射仪对样品的晶型结构进行分析(Cu K琢=0.15418nm,石墨单色器);采用PHILIPS的FECNAI F30型TEM 和HRTEM对样品的形貌及微观结构进行观察,工作电压300kV;Co元素掺杂量检测是在FECNAI F30型EDS谱仪上进行的;光致发光谱在Renishaw 的inVia光谱仪上采集得到,以He⁃Cd激光器325 nm紫外光作为激发源.2结果与讨论2.1XRD分析图1为纯ZnO及ZnO∶Co纳米棒的XRD图.由图可见,纯的及掺杂样品均与标准卡片(PDF Card No. 36⁃1451)符合很好,属于六方纤锌矿结构,空间群P63mc(186),晶胞参数为a=0.3249nm,c=0.5206nm.对照标准图可以看出,纯ZnO及掺杂样品的(100)、(002)和(101)晶面衍射峰的强度顺序发生了改变. (002)衍射峰由第三强峰转变为最强峰,表明ZnO纳米材料沿c轴具有明显择优生长趋势.对照纯ZnO 与Co掺杂样品的衍射图可见,ZnO∶Co纳米棒的衍射峰略微宽化,这意味着Co掺杂能够轻微地影响ZnO结晶;同时,掺杂样品的衍射峰向高角度方向移动了0.05°.众所周知,Co2+的半径(0.058nm)略小于Zn2+的半径(0.060nm)[17,18].因此,当Co2+替代ZnO 晶格中Zn2+的位置,晶面间距减小,则衍射角向高角度方向移动.也就是说,Co是以替代的形式进入到ZnO晶格中.另外,在纯的及掺杂样品中均未发现Co 的物相及杂质物相,这表明制备的样品纯度很高. 2.2EDS检测利用EDS对Co元素含量进行分析,图2为ZnO:Co纳米棒的EDS谱.图中在0.25keV位置处出现了C的特征峰,在8.05keV处出现了Cu的特征峰,它们主要来源于测试过程中的Cu网及其表面C膜;同时,在0.5keV处出现了O的特征峰.在图1纯ZnO及ZnO∶Co纳米棒的XRD图Fig.1XRD patterns of pure ZnO and Co⁃doped ZnOnanorods图2ZnO:Co纳米棒的EDS谱Fig.2EDS of Co⁃doped ZnO nanorods1166No.7王百齐等：Co 掺杂ZnO 纳米棒的水热法制备及其光致发光性能1.00、8.63、9.60keV 处出现的EDS 峰为Zn 元素的特征峰[19].值得注意的是,大约在6.91keV 处出现了Co 的特征峰[20],通过专业软件拟合计算可得其含量约为2%(原子分数).为了精确分析Co 的掺杂情况,利用EDS 对多根掺杂ZnO 纳米棒进行分析,发现每根Co 含量变化不大.这说明Co 2+在ZnO 纳米晶中均匀地替代Zn 2+的位置.这与前面的XRD 表征分析结果是相符合的.2.3TEM 与HRTEM图3为纯ZnO 及ZnO ∶Co 纳米棒的TEM 及HRTEM 照片.由图可见,纯的和掺杂样品均呈棒状.纯的ZnO 纳米棒直径平均约为20nm 左右,平均长度约在180nm 左右.掺杂样品平均直径约在15nm,平均长度为200nm 左右.通过TEM 检测可以看出,Co 掺杂能够轻微地影响ZnO 的生长,这与前面表征所得到的结论相符合.由HRTEM 照片3(b 、d)可以看出,掺杂前后样品的晶面间距均为0.52nm,对应[001]晶面间距.同时也进一步证实样品均沿c 轴生长.这与XRD 表征分析结果是一致的.由前面的分析可知,由于Co 2+与Zn 2+半径相差不大,当Co 2+以替代的形式占据了ZnO 纳米晶中Zn 2+的位置,HRTEM 中不会出现明显变化.2.4PL 检测图4为纯ZnO 和ZnO:Co 纳米棒的PL 谱图.由图可见,纯的及掺杂的ZnO 纳米棒均有两个较明显的发光区域.一是带边激子复合引起的紫外发光峰[21-23];另一个是与缺陷和氧空位有关的可见光发光带[24-26].通过对比可以看出,纯ZnO 纳米棒的紫外发光峰位于姿为380nm 左右,而Co 掺杂样品的峰位移至388nm 左右.这表明Co 掺杂能够有效地调整ZnO纳米晶的能带结构,减小其禁带宽度,从而使得它在紫外区的发光行为有所变化.此外,掺杂以后样品可见光发光强度显著增强,意味着掺杂样品具有较丰富的表面态,也就是说Co 掺杂能够明显地提高ZnO 纳米棒表面缺陷及氧空位的含量,从而提高其在可见光区的发光能力.这与前面的表征所得到的结果也是相符合的.3结论采用水热法在较低温度下制备了纯ZnO 和ZnO:Co 纳米棒.掺杂前后的样品均具有较好的结晶度,且沿c 轴生长.Co 离子是以替代的形式进入ZnO 晶格,掺入量约为2%(原子分数).纯ZnO 纳米棒平均直径约为20nm,平均长度约为180nm;掺杂样品的平均直径约为15nm,平均长度约为200nm 左右,Co 掺杂轻微地改变ZnO 纳米棒的生长.另外,Co 掺杂能够调整ZnO 纳米棒的能态结构,丰富其表面态,进而赋予ZnO:Co 纳米棒以新奇的发光特性.本研究为Co 掺杂低维ZnO 纳米材料在纳图3纯ZnO 和ZnO ∶Co 纳米棒的TEM 及HRTEM 照片Fig.3TEM and HRTEM images of pure and Co ⁃doped ZnO nanorods(a),(b)pure ZnO nanorods;(c),(d)Co ⁃doped ZnOnanorods图4纯ZnO 及ZnO ∶Co 纳米棒的PL 光谱Fig.4PL spectra of pure and Co ⁃doped ZnOnanorods1167Acta Phys.⁃Chim.Sin.,2008Vol.24米光电器件等方面应用提供了有力的实验基础. References1Wang,Z.L.;Song,J.Science,2006,312:2422Pauzauskie,P.J.;Radenovic,A.;Trepagnier,E.;Shroff,H.;Yang, P.;Liphardt,J.Nat.Mater.,2006,5:973Tsukazaki,A.;Ohtomo,A.;Kita,T.;Ohno,Y.;Kawasaki,M.Science,2007,315:13884Tian,Z.R.;Voigt,J.A.;Liu,J.;Mckenzie,B.;Mcdermott,M.J.;Rodriguez,M.A.;Konishi,H.;Xu.H.Nat.Mater.,2003,2:821 5Chen,H.S.;Qi,J.J.;Huang,Y.H.;Liao,Q.L.;Zhang,Y.ActaPhys.⁃Chim.Sin.,2007,23:55[陈红升,齐俊杰,黄运华,廖庆亮,张跃.物理化学学报,2007,23:55]6Deka,S.;Joy,P.A.Solid State Commun.,2007,142:1907Pan,G.H.;Zhang,Q.F.;Zhang,J.Y.;Wu,J.L.Acta Phys.⁃Chim.Sin.,2006,22:1431[潘光虎,张琦锋,张俊艳,吴锦雷.物理化学学报,2006,22:1431]8He,J.H.;Lao,C.S.;Chen,L.J.;Davidovic,D.;Wang,Z.L.J.Am.Chem.Soc.,2005,127:163769Liu,X.;Shi,E.;Chen,Z.;Zhang,H.;Song,L.;Wang,H.;Yao,S.J.Cryst.Growth,2006,296:13510Tak,Y.;Yong,K.J.Phys.Chem.C,2008,112:7411Wang,B.Q.;Wang,P.W.;Zhang,X.J.;Zhang,X.Z.;Fu,H.G.;Jing,L.Q.;Yu,D.P.Chin.J.Inorg.Chem.,2007,23:1365[王百齐,王朋伟,张学进,章新政,付宏刚,井立强,俞大鹏.无机化学学报,2007,23:1365]12Guo,M.;Diao,P.;Cai,S.J.Solid State Chem.,2005,178:1864 13Wang,D.;Song,C.J.Phys.Chem.B,2005,109:1269714Kar,S.;Dev,A.;Chaudhuri,S.J.Phys.Chem.B,2006,110: 1784815Glaspell,G.;Dutta,P.;Manivannan,A.J.Clust.Sci.,2005,16: 52316Chu,D.;Zeng,Y.;Jiang,D.Solid State Commun.,2007,143:308 17Liu,Y.;Fang,Q.;Wu,M.;Li,Y.;Lv,Q.;Zhou,J.;Wang,B.J.Phys.D,2007,40:459218Samanta,K.;Bhattacharya,P.;Katiyar,R.S.Appl.Phys.Lett., 2005,87:10190319Geng,C.;Jiang,Y.;Yao,Y.;Meng,X.;Zapien,J.A.;Lee,C.S.;Lifshitz,Y.;Lee,S.T.Adv.Funct.Mater.,2004,14:58920Cui,J.;Zeng,Q.;Gibson,U.J.J.Appl.Phys.,2006,99:08M113 21Meng,X.;Zhao,D.;Shen,D.;Zhang,J.;Li,B.;Wang,X.;Fan,X.J.Lumin.,2007,122-123:76622Wu,L.;Wu,Y.;Pan,X.;Kong,F.Opt.Mater.,2006,28:41823Le,H.Q.;Chua,S.J.;Koh,Y.W.;Loh,K.P.;Fitzgerald,E.A.J.Cryst.Growth,2006,293:3624Sun,Y.;Ndifor鄄Angwafor,G.;Riley,D.J.;Ashfold,M.N.R.Chem.Phys.Lett.,2006,431:35225Chen,Y.W.;Liu,Y.C.;Lu,S.X.;Xu,C.S.;Shao,C.L.;Wang,C.;Zhang,J.Y.;Lu,Y.M.;Shen,D.Z.;Fan,X.W.J.Chem.Phys.,2005,123:13470126Yan,C.;Xue,D.J.Phys.Chem.B,2006,110:258501168。
取向ZnO纳米线阵列的制备及特性研究的开题报告
取向ZnO纳米线阵列的制备及特性研究的开题报告题目：取向ZnO纳米线阵列的制备及特性研究一、研究背景及意义近年来，随着纳米材料研究的不断深入和应用的不断拓展，纳米线作为一种新型的纳米材料受到了广泛关注。
在纳米线材料中，氧化锌 (ZnO) 纳米线因其独特的物理、化学和电学性质被认为是一种非常有前途的材料。
ZnO纳米线具有较高的比表面积和载流子浓度，表现出优异的光电传输性能、超级电容性能和荧光传感性能等，因此在光电器件、生物传感、气体传感等领域具有广阔的应用前景。
在ZnO纳米线的制备中，取向ZnO纳米线阵列是一种常用的方法。
它是通过在特定的表面上定向成长ZnO纳米线阵列，从而实现纳米线的定向性和高密度的排列。
然而，该方法的成功制备需要对生长条件和生长机理进行深入的研究。
本文主要探讨如何制备取向ZnO纳米线阵列，并研究其物理、化学和电学性质，对深入了解ZnO纳米线的生长机理、优化生长条件并应用于各领域具有重要意义。
二、研究内容和方法1. ZnO纳米线阵列的制备以氧化锌为原料，在特定表面上通过化学气相沉积 (CVD) 方法制备取向ZnO纳米线阵列，探究不同条件下生长ZnO纳米线的特性及机理。
2. ZnO纳米线阵列的表征通过扫描电子显微镜 (SEM)、透射电子显微镜 (TEM)、X射线衍射 (XRD) 等手段表征ZnO纳米线阵列的形貌、晶体结构、晶粒尺寸和取向程度等。
3. ZnO纳米线阵列的物理、化学和电学性质的研究通过光电测量、电化学特性测试、表面等离子共振测量等手段研究ZnO纳米线阵列的光学、电学和催化性质等性能特性。
三、预期成果及意义通过对取向ZnO纳米线阵列的制备及物理、化学和电学性质的研究，预期达到以下成果：1. 成功制备高质量的取向ZnO纳米线阵列，并研究其生长机理。
2. 系统性地研究ZnO纳米线阵列的物理、化学和电学性质，揭示其优异的性能特征。
3. 为ZnO纳米线在光电器件、催化、传感等领域的应用提供基础性的研究支撑，具有重要的理论和实际意义。
ZnO纳米结构的制备及光学性质的研究的开题报告
ZnO纳米结构的制备及光学性质的研究的开题报告题目：ZnO纳米结构的制备及光学性质的研究课题背景：纳米材料的出现引发了人类对材料科学领域的巨大兴趣，巨大的比表面积和量子效应使得纳米材料具有许多独特的性质，例如热稳定性和光学性质。
在过去的二十年中，ZnO纳米材料已经引起了广泛的关注。
ZnO是一种具有光催化性质、磁性和阳光防护功能的广泛应用的材料，因此ZnO纳米材料的制备及其性能研究成为课题的研究方向，具有重要的科学和实际应用价值。
研究目的：本课题的研究目的是通过改变合成条件制备高品质ZnO纳米结构，探讨其光学性质，并将其应用于光电器件的研究和开发。
研究方案：1. 合成ZnO纳米结构采用热溶液法合成ZnO纳米棒、纳米片和纳米粒子。
以Zn(NO3)2和NaOH为前驱体，在恒温条件下进行溶剂热合成，并通过改变反应时间、溶液浓度、温度等条件来控制合成的ZnO纳米结构的形貌。
2. 表征ZnO纳米结构利用SEM、TEM对合成的ZnO纳米结构进行形貌和晶体结构的表征，利用XRD和EDS检测其晶体相和元素配比，利用UV-Vis吸收光谱对其光学性质进行研究。
3. 应用研究将合成的ZnO纳米结构应用于光电器件的研究和开发，并通过光电转换效率和稳定性的测试来评估其性能。
预期创新点：本课题利用热溶液法制备ZnO纳米结构，通过控制合成条件实现形貌可控，结合光学性质研究，探索其应用于光电器件的发展，有望在材料科学领域做出一定的创新。
预计影响：本课题研究所得的成果对于ZnO纳米结构的制备及其光学性质的研究有着积极的意义，为光电器件的研究和开发提供基础和支撑，并促进ZnO材料在其他领域的应用。
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Co2+掺杂ZnO纳米线的制备与光学特性的研究3曹志峰,张 娟,孙元平,李剑平,徐宝龙(烟台大学光电信息学院功能材料研究中心,山东烟台264005)摘 要: 在十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂辅助下,通过水热合成法制备了Co2+掺杂ZnO纳米线。
纳米线的直径为100～160nm,长度约为10μm。
纳米线沿(001)方向生长。
Co2+掺杂ZnO纳米线紫外2可见(UV2vis)吸收光谱曲线,显示掺杂的ZnO纳米线在200～300nm波段之间都有很强的紫外吸收,在波长360～370nm处显示很好的激子吸收,与体相的激子吸收峰(373nm)相比产生了蓝移。
纳米线分别在385、409、433、462和495nm波段表现出发光特性,简略的讨论了其发光机制。
关键词: 氧化锌;Co2+掺杂;纳米线;光致发光中图分类号: TB303文献标识码:A 文章编号:100129731(2008)022*******1 引 言自1991年发现C纳米管以来,一维纳米半导体结构由于自身特殊性质受到了越来越多的关注。
室温下具有较宽能带隙(3.37eV)和极高激子激发能(60meV)的Ⅱ2Ⅵ族半导体材料———氧化锌(ZnO)法三,因其良好的物理化学特性,在蓝光发光二极管,传感器及平行板显示器等方面都展现了较广阔的应用前景。
因此,近年来ZnO纳米结构的合成得到广泛的报道。
例如,王中林等人合成了纳米带[1]、纳米环、蝌蚪状纳米结构[2]等。
目前,各种化学、电化学和物理沉积技术已被用来制备ZnO纳米线[3～5]。
在报道的各种合成方法中,蒸发2凝固过程因具有简单和高产量等优点被广泛应用,但蒸发源气化过程通常需要800～900℃的高温。
与蒸发2凝固过程相比,水热合成方法因具有低温、在较大的尺寸上具有均一合成产物等优点近年来受到了广泛的关注。
与此同时,热液合成法对于半导体掺杂调整半导体材料的电、光、磁性能也是一种方便的方法。
我们利用热液合成法在200℃合成Co2+掺杂ZnO纳米线。
研究了Co2+掺杂ZnO纳米线的成分、结构以及光学特性。
2 实 验实验中所用试剂均为分析纯。
将1mmol Zn (NO)3・6H2O和0.1mmol CoCl2・6H2O溶于蒸馏水中,在磁力搅拌下逐滴的将10ml N H3・H2O滴加到溶液中。
待反应结束后,用蒸馏水冲洗沉淀数次,将沉淀分散于10ml1.0%(质量分数)十六烷基三甲基溴化铵(CA TB)中。
随后将沉淀密封于聚四氟胶囊中,把胶囊置于350ml的不锈钢高压反应釜中,反应釜的填充度为75%,加热至200℃恒温10h,反应结束后令其自然冷却到室温。
得到产物经蒸馏水、乙醇数次清洗后烘干待测。
应用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD,Cu靶,λ=0.15406nm)、全反射X荧光分析仪(TRXF)、紫外2可见分光光度计和光谱仪分别对产物形貌、物相、元素含量、紫外2可见(UV2vis)吸收和光致发光(PL)谱进行了分析研究。
3 结果讨论图1是ZnO纳米线掺杂前后的XRD图谱。
结果表明掺杂和未掺杂样品均显示纤锌矿形结构。
未掺杂ZnO其衍射峰与体相ZnO标准值(J CPDS card No. 3621451)一致,而掺杂后样品只对应的其中3个衍射峰(100)、(101)、(110)面。
图1(b)(100)晶面衍射峰强度比率远大于体相材料,说明所得到的掺杂产物沿(100)晶面取向生长。
掺杂样品的XRD图谱未观察到杂质相金属氧化物衍射峰的存在,说明Co2+处于ZnO 纳米棒的晶格、间隙或表面位置,掺杂部分在宏观上还未独立成一相,未出现掺杂离子的偏聚。
图1 ZnO掺杂前后的XRD图谱Fig1X2ray diff ractions measured 图2为样品的在不同放大倍数下的典型SEM照片,图2(a)为低放大倍数下样品的一般形貌,我们可以看出在基底硅片上分布着大量直径均匀的ZnO纳米线,纳米线的长度在十几微米左右。
在图2(b)为高503曹志峰等:Co2+掺杂ZnO纳米线的制备与光学特性的研究3基金项目:国家自然科学基金资助项目(60277023);山东省自然科学基金资助项目(Y2004A11);烟台大学博士后基金资助项目(WL03B15)收到初稿日期:2007206222收到修改稿日期:2007209229 通讯作者:徐宝龙作者简介:曹志峰 (1981-),男,山东烟台人,在读硕士,师承徐宝龙教授,从事纳米功能材料的研究。
放大倍数下样品纳米线的形貌,由图可知纳米线的直径约为100～160nm。
图2 掺杂后ZnO 纳米线的典型形貌Fig 2The typical SEM images of Co 2doped ZnOnanowires sample 应用全反射X 荧光分析仪(TRXF ),对样品所含元素进行分析,以确定Co 实际掺杂含量。
如图3中所示,样品的掺杂比例为4.3%,比预期的10%小。
由于在XRD 分析中未观察到Co 的氧化物存在,可见有相当量的Co 2+离子未被掺杂到ZnO 样品中,而是以离子的形式残留在了溶液中,在洗涤沉淀时被冲洗掉了。
图3 Co 2+掺杂ZnO 样品的全反射X 荧光分析谱Fig 3TRXF spect rum of Co 2+doped ZnO sample 图4为Co 2+掺杂ZnO 纳米线的紫外2可见(UV 2vis )吸收光谱曲线。
由图4可知,掺杂的ZnO 纳米线在200～300nm 波段之间都有很强的紫外吸收,在波长360～370nm 处显示很好的激子吸收,与体相的激子吸收峰(373nm )相比产生了蓝移。
不同Co 2+掺杂比例的吸收曲线有所差别,随掺杂比例的增加,激子吸收强度略有增加,同时吸收峰略有蓝移。
图4 Co 2+掺杂ZnO 纳米线的紫外2可见吸收光谱Fig 4UV 2vis absorbance spect ra of Co 2+doped ZnOnanowires 图5为ZnO 纳米线掺杂后室温发光光谱,其激发波长为325nm ,可以看到ZnO 纳米线有5个发射峰。
不仅观察到385nm 处的紫外发射峰,462nm 处的蓝光发射峰和495nm 处的绿光发射峰,而且还有两个紫光发射峰分别在409和433nm 处。
目前,对于ZnO 紫外发光机制的理论解释已有一致的意见,认为是激子复合发光,而对其可见波段的发光机制仍无定论。
与徐彭寿[6]等人利用全势线性多重轨道方法(FP 2L M TO )计算的结果相比较,462nm 的蓝光发射峰和495nm 的绿光发光峰我们认为分别是由Zn i →V Zn 、Zn i →O i 引起,它们的缺陷能级的能量差分别为2.68和2.50eV ,与Zn i →V Zn 、Zn i →O i 的理论计算值十分接近。
对于紫光发光峰在文献中较少出现,我们认为409nm 处的紫光发射峰的出现主要是由于Co 掺杂后,造成的锌空位引起的,而433nm 处的紫光发射是Co 掺杂后由锌填隙引起的。
对于紫光发光峰的详细机理仍需进一步的研究。
图5 ZnO 样品的光致发光光谱Fig 5Room 2temperat ure PL spectra of Co 2+dopedZnO sample4 结 论通过简单的热液合成法制备了Co 2+掺杂ZnO 纳米线。
合成的ZnO 纳米线为纤锌矿结构且沿(001)方向生长。
不同Co 2+掺杂比例的吸收曲线有所差别,随掺杂比例的增加,激子吸收强度略有增加,同时吸收峰略有蓝移。
Co 2+掺杂ZnO 纳米分别在385、409、433、462、495nm 表现出发光特性。
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4 结 论(1) 采用钼酸铵、磷酸二氢钠、钨酸钠通过化学沉淀法合成了磷钼钨杂多酸铵(AM TP),所得粉体纯度高,结晶状态好,平均粒径在3μm,说明制备AM TP 的方法可行;(2) 将ω(AM TP)=5%爪用于U PR中,LO I从19.6%升至24.2%,燃烧等级达UL94V22级,SDR从75.25降至70.27,MSD从95.73降至92.16,烟密度等级满足国家对B1级电器类热固性塑料的使用要求;(3) 磷钼钨杂多酸铵将具有良好阻燃作用的磷、氮元素和高效抑烟作用的钼、钨元素集于一身,是一种新型高效阻燃、抑烟剂,具有广阔的开发应用前景。
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