ZnO纳米棒阵列和薄膜的同步外延生长及其光电化学性能

使用化学气相沉积法在a面蓝宝石衬底上同步外延生长氧化锌(ZnO)竖直纳米棒阵列和薄膜,研究了阵列和薄膜的光电化学性能。结果表明,纳米结构中的竖直单晶纳米棒有六棱柱形和圆柱形,其底部ZnO薄膜使竖直纳米棒互相联通。与ZnO纳米薄膜的比较表明,这种纳米结构具有优异的光电化学性能,其入射光电流效率是ZnO纳米薄膜的2.4倍;光能转化效率是ZnO纳米薄膜的5倍。这种纳米结构优异的光电化学性能,可归因于其高表面积-体积比以及其底部薄膜提供的载流子传输通道。本文分析了这种纳米结构的生长过程,提出了协同生长机理：Au液化吸收气氛中的Zn原子生成合金,合金液滴过饱和后ZnO开始成核,随后在衬底表面生成了ZnO薄膜。同时,还发生了Zn自催化的气-固(VS)生长和Au催化的气-液-固(VLS)生长,分别生成六棱柱纳米棒和圆柱形纳米棒,制备出底部由薄膜连接的竖直纳米棒阵列。     

两种不同衬底上ZnO纳米棒的合成与表征

采用脉冲激光沉积(PLD)和水热法相结合,在Si和氧化铟锡(ITO)导电玻璃衬底上制备了ZnO纳米棒,并用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)、光致发光(PL)和拉曼(Raman)散射对所制备的ZnO纳米棒进行表征。FE-SEM结果显示在Si衬底上生长的ZnO纳米棒覆盖密度较高,垂直性较好。XRD结果表明(002)相是ZnO纳米棒的最佳生长方向。XRD及Raman结果都揭示了ZnO的六角铅锌矿结构。PL光谱表明两种衬底生长的ZnO纳米棒均呈现出较强的紫外发射性质,两个紫外发射峰之间的红移是由于晶粒尺寸的大小以及ZnO薄膜中的应力所致。     

从无序到有序ZnO纳米棒的制备

采用3种不同的方法在氧化铟锡玻璃衬底上沉积一层ZnO纳米晶薄膜,然后采用改进的水热法在制备有ZnO纳米晶薄膜的衬底上生长ZnO纳米棒,实现了纳米棒从无序到有序的生长.从XRD和SEM图可得,有序的纳米棒沿(002)择优取向,基本与衬底垂直,平均直径约为40nm.     

准一维纳米结构ZnO的制备研究进展

准一维纳米结构ZnO因其优良的光电性质,在制作纳米电子器件和纳米光电子器件等许多领域表现出巨大的应用潜力.对准一维纳米结构ZnO在衬底上的制备生长方法、性质及衬底的影响作了简要的叙述.     

热蒸发法ZnO纳米棒阵列的研究

采用热蒸发的方法在ZnO薄膜缓冲层上成功制备了高密度的ZnO纳米棒阵列，其中ZnO薄膜缓冲层是通过PLD（Pulsed Laser Deposition）的方法制得。与已有的报道不同，该方法未使用任何金属催化剂。X射线衍射仪（XRD）以及场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）的结果表明，实验得到的ZnO纳米棒阵列整齐垂直排列在衬底上．此外，在常温下测量得到的光致发光（PL）谱和透射电子显微镜显示该ZnO纳米棒阵列结晶较好，无明显的缺陷,研究结果表明纳米棒阵列的形成主要归因于ZnO纳米棒和薄膜之间完美的晶格匹配。     

ZnO单晶纳米棒阵列的水热法合成及光催化性能

采用水热法在各种衬底上低温、一步合成出一维有序ZnO单晶纳米棒阵列。以透明导电玻璃(ITO)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)以及铜作为衬底时,必须预先沉积一层ZnO薄膜作为形核层才能获得ZnO纳米棒阵列。然而,以黄铜作为衬底时,无需形核层也能获得纳米棒阵列。采用SEM、XRD、紫外吸收光谱等方法对纳米棒的结构以及形貌等进行了表征。此外还发现ZnO纳米棒阵列具有很好的紫外光催化活性,3h内对亚甲基蓝的降解率达到53%。尽管修饰CdSe层有助于提高ZnO纳米棒阵列在可见光波段的吸收,但其紫外光催化活性反而降低。并具体讨论了ZnO纳米棒阵列的合成与光催化性能。     

ZnO纳米棒/CNTs复合阴极的制备及其场发射性能的研究

采用水热法和喷涂法制备ZnO纳米棒/CNTs复合材料,并测试其场发射性能。首先采用水热法在ITO电极基面生长ZnO纳米棒阵列,随后通过喷涂技术在ZnO纳米棒阵列表面沉积碳纳米管(CNTs)。使用扫描电子显微镜和X-射线衍射分别表征样品的结构和形貌特征。结果表明,经喷涂沉积的CNT薄膜均匀地包裹在ZnO纳米棒尖端。对该复合材料采用二极结构测试其场发射性能,通过测试结果发现,ZnO纳米棒/CNTs复合材料可明显改善ZnO纳米棒阵列及CNT薄膜的场发射性能,该复合材料具有低开启电场强度(约0.96V/μm),高场增强因子(9881)。因此,ZnO纳米棒/CNTs复合材料是最有前景的场发射阴极材料之一。     

用水热法制备超疏水性ZnO纳米棒薄膜

采用简单的水热法制备了超疏水性ZnO纳米棒薄膜,在用磁控溅射在Si(111)衬底上生长一层ZnO籽晶层的基础上,利用水热法制备了空间取向一致的ZnO纳米棒阵列,经修饰后由亲水性转变为超疏水性.用扫描电子显微镜、X射线衍射对样品表面和结构特征进行了表征,用接触角测量仪测出水滴在ZnO纳米棒薄膜表面的接触角为(160±1)°,滚动角为5°.     

掺Nd纳米ZnO薄膜特性研究

研究了用真空蒸发法在玻璃衬底上制备稀土掺杂纳米ZnO薄膜结构、导电性及光透射性能。结果显示 ,在 5 0 0℃氧化、热处理稀土元素Nd掺杂后能够明显改善纳米ZnO薄膜的结构特性 ,薄膜的晶粒尺寸随掺杂含量的增加而减小。掺Nd使ZnO薄膜的电性能有所改善但使纳米ZnO薄膜的光透射性有所降低。     

掺Nd纳米ZnO薄膜特性研究

研究了用真空蒸发法在玻璃衬底上制备稀土掺杂纳米ZnO薄膜结构、导电性及光透射性能。结果显示。在500℃氧化、热处理稀土元素Nd掺杂后能够明显改善纳米ZnO薄膜的结构特性，薄膜的晶粒尺寸随掺杂含量的增加而减小。掺Nd使ZnO薄膜的电性能有所改善但使纳米ZnO薄膜的光透射性有所降低。     

空气中热氧化电沉积Zn纳米晶制备一维ZnO纳米针及其生长机制与场发射效应的研究

在金属基板表面电沉积一层金属Zn纳米晶，将该纳米晶置于高温炉中，通过热氧化法成功制备了一维ZnO纳米针。研究了不同的热氧化温度因素对一维ZnO纳米针的制备及其形貌的影响。在本方法中，一维ZnO纳米针材料对应于初始电沉积层的Zn纳米晶颗粒，这与其他方法中ZnO的生长机制不同，可以认为本方法的ZnO的生长遵从自催化扩散机制。同时，研究了一维ZnO纳米针薄膜的场发射效应。     

控制O2流量生长结状 ZnO微纳米棒及其特性研究

采用热蒸发法以锌粉和二水醋酸锌作为源材料在Si（111）衬底上制备了高密度的ZnO微纳米棒，制得的每根ZnO棒明显分为直径不同的四段．利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱和光致发光谱等测试手段对制备的样品进行了形貌、结构和光学性能的分析，结果表明制备的ZnO棒晶体质量良好，仅存在很少量的缺陷.通过讨论该结构的生长机理，发现O2分压对制备的ZnO微纳米棒的形貌有显著的影响，调节O2流量可控制ZnO纳米结构的形貌．     

低温水热法生长ZnO纳米棒阵列的电子结构及光学特性(英文)

使用低温水热法在Si衬底上生长ZnO纳米棒阵列.通过X射线衍射和扫描电子显微镜对ZnO纳米棒的结晶性和形貌进行观测.结果表明,六棱柱形ZnO纳米棒沿c轴方向的阵列性良好,且均匀致密的生长在衬底上.室温光致发光谱表明应用低温水热法可以得到光学性质良好的ZnO纳米棒阵列.使用同步辐射对ZnO纳米棒阵列的氧K带边进行X射线吸收近带边谱测量,研究了不同半径ZnO纳米棒阵列的局部电子结构及其半径对电子结构的影响.另外,对ZnO纳米棒及ZnO薄膜的局部电子结构进行了对比研究.     

MOCVD方法在Si衬底上低温生长ZnO薄膜

采用二乙基锌(DEZn)和氧化亚氮(N2O)作为锌源和氧源,在低温300℃,利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法在Si(100)衬底上制备了ZnO薄膜.通过优化氧锌比,ZnO薄膜为高度单一c轴方向生长.由光致发光谱和反射谱得知,ZnO薄膜的紫外发光峰位于388nm,具有很好的光透性,且其PL谱半峰宽为80meV.     

一维ZnO纳米结构的场发射研究进展

一维纳米结构材料因其优异的电、光及场发射特性，在光电器件、场发射器件等方面具有重要的应用价值而备受关注。ZnO因具有优异的化学及热稳定性，并且其一维纳米结构具有极大的场增强因子，因而在场发射器件阴极中有良好的应用前景。首先简要介绍了ZnO的结构与性质，并重点介绍了ZnO一维纳米材料的常用制备技术及其在场发射领域的研究进展。     

ZnO纳米棒阵列、纳米片及其发光和光催化特性

首先通过溶胶-凝胶法在Si片基底上制备1层ZnO纳米薄膜,作为纳米棒的晶种层,然后利用金属浴沉积法在ZnO纳米薄膜基础上制备择优取向的ZnO纳米棒阵列,最后通过水热法二次成核结晶形成纳米片。研究证明,ZnO纳米棒阵列和纳米片均沿着c轴取向。在Cu2+抑制极性面生长的作用下,形成的ZnO纳米片结构均匀,分布面积广,单片ZnO纳米片的厚度约为8 nm,面积呈平方微米级,较大的有40μm2左右。ZnO纳米结构的生长取向对其物理化学性能具有重要影响。高度沿c轴取向的ZnO纳米棒有利于紫外光发射和激光器的发展,但极性面的缩小不利于光催化反应。     

衬底和O2/Ar气体比例对ZnO薄膜结构及性能的影响

采用直流磁控溅射法沉积了ZnO薄膜,以X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜等手段对薄膜的晶体结构和微观相貌进行了分析,并对薄膜的电学性能进行了考察.结果表明:所制备薄膜沿c轴高度择优,并具有较高的电阻率;ZnO薄膜的沉积速率和c轴择优度是由O2/Ar气体比例和衬底共同决定的;Au衬底上的ZnO薄膜以三维生长为主,在Al和Si衬底上出现了不同程度的薄膜二维生长;电阻率随O2/Ar气体比例的提高逐渐增加,Si衬底上薄膜的电阻率高于Al和Au衬底上的.     

NiO@ZnO纳米核壳结构的制备、光催化与光电流响应性质

利用电化学法在碳布衬底上制备出尺寸均匀、重复性好的ZnO纳米棒、NiO纳米片及NiO@ZnO纳米复合物,利用扫描电子显微镜,X射线衍射对材料的形貌与晶体结构进行表征。对材料进行光催化降解罗丹明B的实验,结果表明,NiO@ZnO纳米核壳结构具有更优异的降解效果。并且NiO@ZnO纳米核壳结构的光电流响应明显高于纯ZnO和纯NiO。这些良好的光电性质归因于ZnO和NiO之间形成的p-n结有助于光生载流子的分离。     

溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜及其性能研究

使用溶胶-凝胶法在P型Si(100)衬底上成功地制备了具有c轴择优取向性和高可见光透射率的多晶ZnO薄膜.通过XRD、SEM以及PL光谱等分析,表明:所制备的是结晶良好的ZnO薄膜,表面均匀致密,薄膜晶粒尺寸大约在15～60 nm,颗粒平均直径大约为38nm.由透射谱可知,制备的ZnO薄膜在可见光区域内薄膜的平均透射率在85%以上;由光致发光谱可知,室温下可观察到显著的紫外光发射,说明具有较好的光学性质.     

RF溅射钕掺杂ZnO薄膜工艺与结构研究

通过射频磁控溅射技术在Si(111)衬底上制备了未掺杂和Nd掺杂ZnO薄膜,研究了衬底温度、氧分压以及Nd不同掺杂浓度等工艺参数对薄膜的影响.薄膜的结构和表面形貌通过XRD分析和AFM观测,表明制备的薄膜为ZnO:Nd纳米多晶薄膜,其表面形貌粗糙,不同沉积条件对薄膜生长有很大的影响.在纯氩气氛中、衬底温度为300℃的条件下,ZnO:Nd薄膜具有c轴择优取向.