铟掺杂的氧化锌纳米带的制备和发光特性
铟掺杂对氧化锌薄膜的结构和光致荧光特性的影响
铟掺杂对氧化锌薄膜的结构和光致荧光特性的影响1. 氧化锌薄膜的制备氧化锌薄膜通常采用物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）等方法制备。
其中以溅射法制备氧化锌薄膜具有较高的制备温度，制备过程中容易产生氧化物杂质等缺点。
而溶液法制备氧化锌薄膜的工艺简单、成本低，因此在实际应用中更受到青睐。
2. 铟掺杂氧化锌薄膜的制备铟掺杂氧化锌薄膜的制备通常采用溶胶-凝胶法。
首先通过溶剂（如乙醇）、表面活性剂（如十二烷基硫酸钠）以及适量的铟源（如铟醋酸）将氧化锌前驱体和铟源混合，制备成预体溶胶。
随后，将溶胶旋涂于基板上，并在适当的温度下进行热处理，最终得到铟掺杂氧化锌薄膜。
3. 结构表征对铟掺杂氧化锌薄膜的结构进行表征可以通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等手段。
XRD结果可以得到样品的晶胞参数和衍射峰位置，从而了解样品的结晶性和晶格结构；SEM和TEM结果则可以观察样品的表面形貌和内部微观结构，从而了解样品的形貌和微观结构。
4. 光致荧光特性测试光致荧光特性测试通常采用光致发光（PL）和光致减少（PLE）等手段。
PL测试是将样品暴露在紫外光下，观察其发出的荧光信号，从而了解样品的荧光强度和荧光峰位置；PLE测试则是在不同波长下激发样品，观察其发出的荧光信号，从而了解样品的激发能级和能带结构。
5. 铟掺杂对氧化锌薄膜结构的影响研究表明，铟掺杂可以有效地改善氧化锌薄膜的结晶性和晶体结构。
通过XRD测试发现，铟掺杂能够显著提高氧化锌薄膜的结晶度，减小晶粒尺寸，使得晶格参数发生改变。
SEM和TEM测试结果也表明，铟掺杂明显改善了氧化锌薄膜的致密性和表面平整度，使得薄膜的微观结构更加均匀和紧密。
6. 铟掺杂对氧化锌薄膜光致荧光特性的影响铟掺杂对氧化锌薄膜的光致荧光特性也有着显著影响。
通过PL和PLE测试可以得知，铟掺杂显著增强了氧化锌薄膜的荧光强度和荧光峰位置。
这是因为铟的掺杂能够引入能带杂质能级，改变氧化锌的能带结构，使得载流子的复合和辐射过程得到促进，从而提高了氧化锌薄膜的光致荧光性能。
氧化锌纳米材料的制备及其光催化性能的研究
摘要近年来，随着工业的迅猛发展，各类工业废水、废气、废弃物等急剧增加，水污染问题成为全球性问题之一。
水污染的治理因此受到更多科研工作者的关注。
ZnO 作为一种直接带隙宽禁带半导体材料，具有较高的电化学稳定性和热稳定性，能很好的吸收紫外光，在光激发下可有效地降解有机污染物，被广泛地应用于光催化领域。
但ZnO 光催化剂普遍存在着比表面积较小、载流子复合率高等自身缺点，限制了其光催化反应过程中的降解效率。
另外，ZnO 粉体光催化剂在回收利用过程中不仅操作繁琐复杂，难以简便将光催化剂从水溶液中分离出来，而且残留在水溶液中的光催化剂会对环境造成二次污染。
本论文主要研究了两种具有不同形貌特征的ZnO 光催化剂—ZnO 空心球薄膜和Na 掺杂ZnO 纳米线，探讨了提高其光催化活性的可能性。
借助多种材料表征手段，分析了材料的形貌、结构和光学性能。
对比研究了各种光催化剂降解甲基橙水溶液的光催化性能，并探讨了光催化反应的机理。
主要研究内容如下：(1) 以浸渍-提拉法制备的单分散六方密排PS 微球为模板，利用磁控溅射法沉积ZnO 薄膜，结合煅烧去除模板，制备了不同粒径大小的ZnO 空心球薄膜。
根据SEM 和TEM 的结果分析，证明了ZnO 纳米球的空心结构成功构筑。
样品在紫外光波段均有较强的吸收峰，对空心球内部的光路研究发现，这种空心球结构的ZnO薄膜不仅具有高的比表面积，而且能在球体的空心内部形成光陷阱，有效地提高了光的利用率。
在各粒径ZnO 空心球薄膜与ZnO薄膜降解甲基橙水溶液的对比实验中，空心球的光催化效率普遍较高，且400 nm ZnO 空心球薄膜的光催化效率最高。
(2) 在ZnO 空心球薄膜的基础上，经过溅射沉积Au 纳米颗粒构筑了Au/ZnO 空心球复合薄膜。
在紫外光照射下，对比分析了各粒径大小的ZnO 空心球薄膜和Au/ZnO 空心球复合薄膜降解甲基橙水溶液的光催化性能。
Au 纳米颗粒的沉积明显提高了ZnO 空心球薄膜的光催化速率。
《2024年铈掺杂氧化锌纳米管的制备及其发光性能研究》范文
《铈掺杂氧化锌纳米管的制备及其发光性能研究》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化学性质和广泛的应用前景而备受关注。
氧化锌（ZnO）纳米材料作为一种重要的半导体材料，因其良好的光电性能和低成本，已成为光电子器件制造的关键材料之一。
其中，铈掺杂氧化锌纳米管（Ce-doped ZnO nanotubes）因其在发光器件和光催化领域的重要应用价值，备受科研人员的关注。
本文将重点介绍铈掺杂氧化锌纳米管的制备方法，以及其发光性能的研究成果。
二、铈掺杂氧化锌纳米管的制备铈掺杂氧化锌纳米管的制备主要采用化学气相沉积法（CVD）和溶胶凝胶法。
本文采用溶胶凝胶法制备铈掺杂氧化锌纳米管，具体步骤如下：1. 制备掺铈的锌醋酸前驱体溶液。
通过将醋酸锌和硝酸铈以一定比例混合，溶解在乙醇中，得到均匀透明的溶液。
2. 采用旋涂法在基底上均匀涂覆前驱体溶液，并干燥形成干膜。
3. 在干膜上烧制，形成具有孔洞结构的铈掺杂氧化锌凝胶薄膜。
通过调节烧制温度和时间，可以控制纳米管的尺寸和形态。
4. 最终将烧制好的凝胶薄膜进行热处理，以进一步提高其结晶度和纯度，得到铈掺杂氧化锌纳米管。
三、铈掺杂氧化锌纳米管的发光性能研究铈掺杂氧化锌纳米管具有优异的光电性能，特别是其发光性能备受关注。
本文通过实验研究了铈掺杂氧化锌纳米管的发光性能，并探讨了其发光机理。
1. 实验方法采用紫外-可见分光光度计和荧光光谱仪等实验设备，对铈掺杂氧化锌纳米管的吸收光谱和荧光光谱进行测试。
通过改变掺杂浓度、激发波长等参数，研究其对发光性能的影响。
2. 实验结果与分析（1）吸收光谱分析：通过紫外-可见分光光度计测试发现，铈掺杂氧化锌纳米管在紫外区域有明显的吸收峰，随着掺杂浓度的增加，吸收峰强度逐渐增强。
这表明铈离子的引入可以有效提高氧化锌纳米管的光吸收能力。
（2）荧光光谱分析：荧光光谱测试结果表明，铈掺杂氧化锌纳米管具有明显的荧光发射峰。
随着掺杂浓度的增加，荧光强度先增强后减弱，存在最佳掺杂浓度。
《2024年铈掺杂氧化锌纳米管的制备及其发光性能研究》范文
《铈掺杂氧化锌纳米管的制备及其发光性能研究》篇一一、引言近年来，稀土元素掺杂的半导体纳米材料因其在光电子、磁性以及光电转换等领域的重要应用，备受科学界关注。
氧化锌（ZnO）作为一种具有高载流子迁移率的半导体材料，其在光电、气敏以及压电等领域也显示出广泛的应用前景。
本论文着重研究了铈（Ce）掺杂氧化锌纳米管的制备方法，以及其发光性能的研究。
二、铈掺杂氧化锌纳米管的制备（一）制备方法本实验采用化学溶液法，通过在氧化锌纳米管中掺杂铈元素，成功制备了铈掺杂氧化锌纳米管。
具体步骤包括：首先，制备出纯净的氧化锌纳米管；然后，将铈盐溶液与氧化锌纳米管进行混合，通过一定的反应条件使铈元素掺入氧化锌纳米管中。
（二）制备条件优化在制备过程中，我们通过调整掺杂浓度、反应温度、反应时间等参数，优化了铈掺杂氧化锌纳米管的制备条件。
实验结果表明，适当的掺杂浓度、反应温度和反应时间对于获得高质量的铈掺杂氧化锌纳米管至关重要。
三、铈掺杂氧化锌纳米管的发光性能研究（一）发光性能测试我们采用光致发光光谱（PL）和X射线衍射（XRD）等手段，对铈掺杂氧化锌纳米管的发光性能进行了研究。
通过PL光谱测试，我们可以观察到铈掺杂后的氧化锌纳米管在可见光区域出现了明显的发光峰。
（二）发光机理分析实验结果表明，铈元素的掺入改变了氧化锌纳米管的能带结构，使得其发光性能得到显著提高。
在光激发下，铈离子与氧化锌之间的能量传递过程导致了可见光发射。
此外，我们还发现，适当的掺杂浓度和反应条件对于优化发光性能具有重要作用。
四、结论本研究成功制备了铈掺杂氧化锌纳米管，并对其发光性能进行了研究。
实验结果表明，铈元素的掺入能够显著提高氧化锌纳米管的发光性能。
通过对制备条件的优化，我们得到了最佳的制备参数，为实现高质量铈掺杂氧化锌纳米管的规模化生产奠定了基础。
此外，对发光机理的分析有助于我们深入理解铈掺杂氧化锌纳米管的发光过程，为进一步优化其发光性能提供了理论依据。
铟掺杂对氧化锌薄膜的结构和光致荧光特性的影响
铟掺杂对氧化锌薄膜的结构和光致荧光特性的影响1. 引言1.1 研究背景随着科学技术的不断发展，人们对铟掺杂对氧化锌薄膜的结构和光致荧光特性的影响进行了深入研究。
了解铟掺杂后对氧化锌薄膜的影响，不仅可以拓展其在光电器件中的应用范围，还有助于优化器件的性能，提高其稳定性和可靠性。
本文旨在探讨铟掺杂对氧化锌薄膜的结构和光致荧光特性的影响，通过实验和理论分析，深入了解铟掺杂后氧化锌薄膜的微观结构变化和光致荧光性能的改变，为进一步优化氧化锌薄膜在光电器件中的应用提供理论依据和实验支持。
1.2 研究目的研究目的：本研究旨在探讨铟掺杂对氧化锌薄膜结构和光致荧光特性的影响。
通过分析铟掺杂后氧化锌薄膜的结构特征，可以深入了解铟掺杂对晶格结构、晶体形貌等方面的影响。
研究铟掺杂对氧化锌薄膜的光致荧光特性的影响，有助于揭示铟掺杂后薄膜的发光机制，为进一步优化氧化锌薄膜的光电性能提供理论依据。
通过对铟掺杂氧化锌薄膜的研究，可以为薄膜的制备工艺优化和光电器件的应用提供重要参考，推动氧化锌材料在光电领域的发展。
2. 正文2.1 铟掺杂对氧化锌薄膜结构的影响铟掺杂是一种常用的手段，用来改善氧化锌薄膜的结构与性能。
铟（In）元素的掺杂可以有效地调控氧化锌薄膜的晶体结构和晶粒尺寸。
实验表明，随着铟掺杂浓度的增加，氧化锌薄膜的晶体结构逐渐由多晶向单晶转变，晶粒尺寸也逐渐增大。
这种结构的调控可以显著改善氧化锌薄膜的导电性能和光学性能。
铟掺杂还可以影响氧化锌薄膜的表面形貌和表面能。
随着铟掺杂量的增加，氧化锌薄膜表面的粗糙度逐渐减小，表面能也逐渐增大。
这种表面形貌和表面能的变化对于氧化锌薄膜的光学特性和化学稳定性有着重要的影响。
铟掺杂可以有效地调控氧化锌薄膜的结构，主要通过影响晶体结构、晶粒尺寸、表面形貌和表面能来改善薄膜的性能。
这些研究结果为进一步深入探究铟掺杂对氧化锌薄膜性能的影响提供了重要参考和依据。
2.2 铟掺杂对氧化锌薄膜光致荧光特性的影响铟掺杂是一种常用的改变氧化锌薄膜光致荧光特性的方法。
氧化锌纳米结构的制备及发光性质研究_潘跃武
996
发
光
学
报
第 34 卷 给 出 另 一 种 ZnO 纳 米 产 物 的 SEM 和 TEM 像 。 从图 2 （ a ） 的 SEM 像中可观察到大面 积的四角结构的纳米产物 。 由图 2 （ b ） 的 TEM 像中可以 更 清 楚 地 看 到 纳 米 产 物 的 特 殊 形 貌 ： 产物呈规则的四角状结构 ， 每个臂均由锥 线两 单臂长度超过 2 μm ， 侧表面光滑 。 级结构构成 ，
Nanorod
500 ～ 700
30 ～ 50
Nano tetrapodlike
650 ～ 800
5 ～ 20
3
3． 1
结果与讨论
ZnO 纳米产物的形貌表征
四角形状的 米产物的特殊形貌： 产物具有规则的、 空间立体结构， 每个单体的 4 个臂形状、 尺寸相 同。单臂长度超过 1 μm， 臂与臂之间的夹角为 120° 。臂的侧表面光滑， 前端呈平直的片状结构。 由图 1 （ b ） 可以看出， 片的横截面宽度约为 100 nm。由图 1 可 以 计 算 出 四 角 锥 片 ZnO 纳 米 产 整 体 呈 现 典 型 的 微 /纳 物的 长 径 比 超 过 10 ， 结构 。
图1 Fig． 1
ZnO 纳米结构的 SEM 和 TEM 像 。 （ a ） 低倍 SEM 像； （ b） 高倍 TEM 像 。 SEM and TEM images of ZnO nanostructures． （ a ） Low magnification SEM image． （ b ） High magnification TEM image．
Carrier gas flow rates / （ cm ·min
3 －1
《铈掺杂氧化锌纳米管的制备及其发光性能研究》范文
《铈掺杂氧化锌纳米管的制备及其发光性能研究》篇一一、引言近年来，稀土掺杂的纳米材料因其在光电子、磁学和生物医学等领域的应用前景而受到广泛关注。
其中，铈掺杂的氧化锌纳米管（Ce-doped ZnO nanotubes）以其独特的物理和化学性质，特别是在发光性能上的优越性，成为研究热点。
本文将详细介绍铈掺杂氧化锌纳米管的制备方法，并对其发光性能进行深入研究。
二、铈掺杂氧化锌纳米管的制备1. 材料准备实验所需材料包括氧化锌粉末、铈盐、表面活性剂、溶剂等。
所有材料均需进行严格的筛选和预处理，以保证实验的准确性。
2. 制备方法采用溶剂热法结合化学掺杂的方法制备铈掺杂氧化锌纳米管。
具体步骤包括：将氧化锌粉末与铈盐混合，加入表面活性剂和溶剂，在一定的温度和压力下进行溶剂热反应，生成铈掺杂的氧化锌前驱体。
随后，通过煅烧处理，得到铈掺杂的氧化锌纳米管。
三、铈掺杂氧化锌纳米管的表征利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对制备得到的铈掺杂氧化锌纳米管进行表征。
通过XRD分析其晶体结构，SEM和TEM观察其形貌和尺寸。
四、发光性能研究1. 发光性能测试采用光致发光（PL）光谱、紫外-可见吸收光谱等手段对铈掺杂氧化锌纳米管的发光性能进行测试。
通过PL光谱分析其发光强度、发光峰位等参数，探究其发光机理。
2. 发光性能影响因素分析从掺杂浓度、煅烧温度、反应时间等方面分析影响铈掺杂氧化锌纳米管发光性能的因素。
通过实验数据对比，得出各因素对发光性能的影响规律。
五、结果与讨论1. 结果分析通过实验数据和表征结果，分析铈掺杂氧化锌纳米管的形貌、结构及发光性能。
发现铈的掺入可以有效地改善氧化锌纳米管的发光性能，提高其发光强度和稳定性。
同时，掺杂浓度、煅烧温度和反应时间等因素对发光性能具有显著影响。
2. 发光机理探讨结合文献资料和实验结果，探讨铈掺杂氧化锌纳米管的发光机理。
认为铈离子的引入可以在氧化锌纳米管中形成能量传递路径，从而提高其发光性能。
铟掺杂对氧化锌薄膜的结构和光致荧光特性的影响
铟掺杂对氧化锌薄膜的结构和光致荧光特性的影响引言一、ZnO薄膜的制备ZnO薄膜可以通过多种方法来制备，如物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和溶液法等。
溶液法制备ZnO薄膜具有工艺简单、成本低廉、可实现大面积制备等优点，因此在实际应用中得到了广泛关注。
实验中，我们采用了溶胶-凝胶法来制备ZnO薄膜，具体步骤如下：将适量的Zn（CH3COO）2溶解在乙醇中，形成Zn离子溶液；然后，加入适量的铟掺杂剂，如InCl3；接着，在溶液中加入适量的NH4OH，通过反应生成Zn（OH）2凝胶；通过热处理过程将Zn（OH）2凝胶转变为ZnO薄膜。
经过多次实验优化，我们得到了结晶度较高且表面平整的ZnO薄膜。
二、铟掺杂对ZnO薄膜结构的影响1. 晶体结构铟掺杂对ZnO薄膜的晶体结构有着显著的影响。
通过X射线衍射（XRD）分析发现，随着铟掺杂浓度的增加，ZnO薄膜的（002）衍射峰出现了明显的位移，且强度逐渐增强。
这表明铟掺杂可以有效促进ZnO薄膜的结晶生长，提高其晶体质量。
随着铟掺杂浓度的增加，ZnO薄膜的晶格常数也发生了变化，这可能是由于铟离子的替换作用导致了晶格畸变。
2. 表面形貌铟掺杂还对ZnO薄膜的表面形貌产生了影响。
扫描电子显微镜（SEM）观察发现，未掺杂的ZnO薄膜表面呈现出较大的颗粒状结构，而铟掺杂后，薄膜表面的颗粒大小和分布均匀度均有所提高。
这可能是由于铟掺杂抑制了ZnO薄膜晶粒的生长，从而使得薄膜表面的颗粒更加均匀。
1. 光致荧光光谱通过光致荧光光谱分析，我们发现铟掺杂显著影响了ZnO薄膜的发光特性。
在未掺杂的ZnO薄膜中，主要存在于385 nm处的紫外光致发光峰；而在铟掺杂后，紫外光致发光峰出现红移，且发光强度有所增强。
这表明铟掺杂可以有效提高ZnO薄膜的发光效率，并且可以拓宽其发光范围，使其具有更广泛的应用前景。
2. 能带结构进一步通过光电子能谱（XPS）分析发现，随着铟掺杂浓度的增加，ZnO薄膜的导带和价带位置均发生了显著的变化。
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第37卷第2期 人 工 晶 体 学 报 Vol .37 No .2 2008年4月 JOURNAL OF SY NTHETI C CRYST ALS Ap ril,2008 铟掺杂的氧化锌纳米带的制备和发光特性卢会清,高 红,张 锷,张喜田(哈尔滨师范大学物理系,哈尔滨150080)摘要:以混合的Zn O 粉和金属I n 作为前驱物,通过化学气相沉积方法在Si 衬底上合成了I n 掺杂的Zn O 纳米带。
利用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及附带的能谱仪对它们的结构和成分进行了表征。
结果表明,Zn O 纳米带沿<101-0>方向生长;I n 的掺杂浓度是21%原子分数。
讨论了Zn O 纳米带的形成机制和光致发光特性。
关键词:Zn O 纳米带;掺杂;化学气相沉积中图分类号:O484 文献标识码:A 文章编号:10002985X (2008)022*******Syn thesis and O pti ca l Properti es of I nd i u m 2doped Z i n c O x i de NanobeltsLU Hui 2qing,G AO Hong,ZHAN G E,ZHAN G X i 2tian(Depart m ent of Physics,Harbin Nor mal University,Harbin 150080,China )(Received 10July 2007)Abstract:I n 2doped ZnO nanobelts were synthesized on silicon substrates thr ough che m ical vapor depositi on method using a m ixture of ZnO powders and I n as p recurs or .The nanobelts were characterized by field 2e m issi on scanning electr on m icr oscopy,high 2res oluti on trans m issi on electr on m icr oscopy and energy dis X 2ray s pectr oscopy .The results show that the nanobelts gr ow al ong the <101-0>directi on and content of I n in the nanobelts is 21at%.The for mati on mechanis m and phot olum inescenceof the nanobelts were discussed .Key words:zinc oxide nanobelts;dop ing;che m ical vapor depositi on 收稿日期:2007207210 基金项目:国家自然科学基金(No .10374024,60776010);黑龙江省人事厅博士后启动基金;黑龙江省教育厅海外学人项目(1055HZ O22);哈尔滨师范大学博士启动基金 作者简介:卢会清(19812),女,黑龙江省人,硕士研究生。
通讯作者:张喜田,教授。
E 2mail:xtzhangzhang@hot m ail .com1 引 言ZnO 是直接带隙宽禁带半导体材料,室温下的带隙宽度为3.37e V,具有较高的激子束缚能(～60me V ),保证其室温下紫外激光发射。
一维及准一维Zn O 纳米材料在纳米光电器件和传感器件中具有潜在的应用价值,所以近年来备受研究人员的关注,同时也取得了重要进展。
人们探索了许多方法和技术合成一维Zn O 纳米材料,如化学气相沉积法(CVD )[124],金属有机化学气相沉积法[5],激光沉积法[6]和溶胶2凝胶法[7]等,其中CVD 是一种常见的合成方法。
在CVD 方法中,合成样品的形貌和尺寸与前驱物的组成、反应温度、反应压强、载气流速、催化剂等实验参数密切相关。
通过选择适当参数,各种不同形貌的一维ZnO 纳 第2期卢会清等:铟掺杂的氧化锌纳米带的制备和发光特性377 米结构被合成,如纳米线[8]、纳米带[9]、纳米环[10]等。
在前驱物中加入异种元素,一方面可以改变ZnO 一维纳米结构的形貌,另一方面也可能实现ZnO 半导体中有目的的掺杂,从而改变ZnO 的光电性能。
因此,研究氧化锌掺杂问题是非常重要和有意义的。
其中,在Zn O 中掺入适当的I n,ZnO 沿<0001>方向生长的习性就被改变,而变成沿<101-0>或<21-1-0>方向生长的纳米带[11,12],而且I n 掺杂的ZnO 具有高的电子传导性,独特的热稳定性,化学稳定性,好的发光性质[13],所以引起了人们的广泛兴趣。
本文以Zn O 粉和金属I n 为前驱物,采用CVD 方法合成了掺I n 的ZnO 纳米带。
我们对其结构、生长机理和光致发光等进行了研究。
2 实 验氧化锌纳米带的合成是用CVD 方法在高温管式炉中完成的。
将ZnO 粉1.0g 和I n 金属单质0.2g 混合后放在刚玉舟上置于高温炉内,使源处于最高温度处。
以N 2作为载气,单晶Si(111)片作为衬底,使衬底位于源的下游。
加热,使高温炉以5～8℃/m in 的速度升温至1350℃,且在1350℃停留1.5h,然后自然冷却到室温,在此过程中始终保持高温炉内压强为100Pa,N 2流量为30scc m 。
利用场发射扫描电子显微镜(SE M ,S 24800,H itachi )、透射电子显微镜(TE M ,TECNA I F30G 2)以及附带的X 射线能谱仪(EDX )对合成的Zn O 纳米结构的形貌和晶体结构进行表征。
以10mW He 2Cd 激光器的325nm 线为激发光源,采用背散射方式测量样品的室温光致发光。
3 结果与讨论 图1(a )是合成样品的SE M 图,可以看出纳米带产量高,尺寸均匀,长度达上百微米。
从其放大图1(b )可以看出纳米带宽约900n m ,厚约50n m ,宽度与厚度比约18:1。
纳米带的横截面为矩形,比表面积大,有利于制成纳米尺寸的传感器和光电元件[14,15]。
图1 Zn O 纳米带的SE M 图(a )和高放大倍率的SE M 图(b )Fig .1 SE M i m age (a )and high magnificati on SE M i m age of the synthesized nanobelts (b ) 为了研究Zn O 纳米带的微观结构,利用TE M 对样品做了分析。
图2(a )是一个ZnO 纳米带的TE M 图。
图2(b )是纳米带边缘处(取自图2a 中标记处)的高分辨TE M 图。
由图2(b )可知,Zn O 纳米带具有六角纤锌矿结构,0.283n m 的面间距对应ZnO 的(10120)晶面,经计算对应ZnO 的晶格常数a 为0.327n m 。
由于Zn O 晶格常数a 的标准值为0.325n m ,说明由于I n 离子半径比Zn 大[16],I n 的掺杂使得晶格常数增加。
图2(b )同时也说明该Zn O 纳米带沿<101-0>方向生长,其上下表面分别是以Zn 2+结尾的(0001)极化面和以O 22结尾的(0001-)极化面,具有正负相反的极性,并沿厚度方向能产生自发极化,这种极性纳米带应当具有很好的压电效应,在微/纳米机电系统中有潜在的应用,同时还可以设计研制各种纳米传感器,执行器,以及共振耦合器[17,18]。
EDX (图2(c ))能谱表明纳米带成份是由I n 、Zn 和O 元素组成的,其中I n 、Zn 和O 的原子378 人工晶体学报 第37卷百分比为21%,33%和35%,I n 的含量较高。
在高分辨TE M 中未见缺陷、位错、其它相的存在,所以I n 应该是占据Zn O 中Zn 的位置,从而实现掺杂。
关于I n 掺杂极性Zn O 晶体纳米带的生长机制,我们认为是I n 诱导的结果。
生长过程如下:当温度上升到某一温度值时,单质I n 开始蒸发;温度继续升高,Zn O 也随之蒸发,最终形成Zn 、O 、I n 蒸气。
蒸气被载气N 2携带至源的下游,由于下游温度低,令蒸气在Si 衬底上沉积成核,在晶核生长成纳米带过程中I n 原子随机地占据了Zn O 晶格中Zn 的位置,从而实现了I n 的掺杂。
众所周知,Zn O晶体的优先生长方向是<0001>,但实验条件(如温度,压强,初始源等)的改变会使优先生长方向改变,本实验因I n 的掺入使晶体的表面能重新分配,打破了晶体原有的生长习性,导致它沿<10120>,而不是<0001>方向生长。
通过在Zn O 源中加入Sb 或Te,我们还分别合成出沿<01211>和<10120>生长的Zn O 纳米螺旋[19]和纳米树叶状结构。
进一步证明了金属元素的加入能够改变Zn O 晶体的生长方向。
其他研究小组也有类似的结果,如文献[11]指出,当Zn O 源中不加I n 2O 3时Zn O 纳米线沿c 轴([0001])生长;源中加I n 2O 3,Zn O 纳米带沿a轴([11220])生长。
已报道的I n 掺杂Zn O 极性纳米带[11,12],都是由Zn O 和I n 2O 3粉作为源合成的,带宽均在200nm 左右。
与其他小组合成的I n 掺杂ZnO 纳米带相比,我们合成的Zn O 纳米带宽约大于它们4倍,且薄,无缺陷、位错和其它相存在。
为了研究I n 掺杂的Zn O 纳米带的光学性质,我们测量了它们的室温光致发光,为了比较,我们合成了Zn O 纳米线,除未在源中添加金属I n 外,其他合成条件相同。
图3所示的室温下的光致发光谱表明,Zn O纳米线的发光谱是由两个发光峰组成,一个是近带边发射峰,其位于383nm (3.238e V ),来自自由激子辐射复合;另一个发光峰位于496nm (2.5e V ),通常认为是由于单价氧空位中的电子与价带中空穴的复合[20]。
前者与后者的发光积分强度比约4.5:1。
而铟掺杂的ZnO 纳米带具有相似的光致发光谱,但是,紫外发射峰与绿色发光峰强度比约1:5,与Zn O 纳米线相比,纳米带的紫外峰相对强度明显降低,且绿光发射带展宽,可能是由于重掺杂I n 所导致的,同时I n 的重掺杂将产生更多的氧空位缺陷,使绿光发射增强[16]。