高等学校与学生法律关系研究

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1、吉首大学本科生毕业论文开题报告书题目名称Al、Sr掺杂ZnO纳米材料的制备及荧光特性研究学生姓名学号学院专业年级指导教师职称填写时间（此为开题报告格式，可下载填写或打印，原件交指导教师经审定后交学院统一存档）一、选题的依据：1）本选题的理论、实际意义纳米氧化锌(1-100nm)是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，由于尺寸小、比表面积大，所以具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和介电限域效应等[1]。它具有立方闪锌矿和六角纤锌矿两种形式的晶体结构。不过人们关注较多的是纤锌矿型的ZnO，其晶体结构如图1-1

2、所示。在纤锌矿ZnO晶体中，锌(Zn)、氧(O)各自组成一个六方密堆积结构的子格，这两个子格子相对平移0.385nm，形成复格子结构。每个Zn原子和最近邻四个O原子构成一个四面体结构；同样，每个O原子和最近邻的四个原子也成一个四面体结构。不过，每个离子周围都不是严格四面体对称的，在C轴向上，Zn原子与O原子之间的距离为0.196nm，在其它三个方向上均为0.198。因此，C轴方向的最近邻原子间距要比与其它三个原子间距稍微小一些。此外，由于Zn和O的电负性差别较大，Zn-O键基本上是极性的。在室温下，ZnO的禁带宽度为3.37ev

3、，其激子结合能(60meV)远大于ZnSe(20meV)和GaN(21meV)，还大于室温热离化能(26meV)，具有大的束缚能的高密度激子可在室温下存在，因此具备室温发射强蓝光或近紫外光的优越条件[2]。图1-1纤锌矿型结构的ZnO纳米ZnO作为一种新型的半导体材料，与普通氧化锌相比，具有许多特殊的性质，如无毒和非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力[3]，因此在很多领域有极为广泛的应用前景[4]。下面具体介绍一下它的各种性质及用途。纳米氧化锌的小尺寸效应及应用：当超细微粒的尺寸与光波的波长、传导电子的德布罗意波长及超

4、导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，声、光、电磁、热力学等特性会呈现新的效应，这种性质称为小尺寸效应，又称为体积效应。纳米粒子的小尺寸效应是其它效应的基础。氧化锌纳米粒子由于尺寸小，其紫外吸收能力相对体材料显著提高，因可用作紫外线屏蔽剂，一是用于化妆品，另外是用于纤维材料。纳米氧化锌对长波紫外线和中波紫外线均有屏蔽作用，可用于化妆品的防晒剂。用于纤维屏蔽紫外线ZnO粉，粒径一般<530nm，以保证在使用介质中具有较好的分散性，我国利用自己研制的纳米ZnO粉，涂覆在丝稠织物上，防紫外线能力

5、达98%上[5-6]。由于颗粒尺寸的减小，纳米氧化锌粉体对太阳光的反射系数极大很高，可作为空间飞行器外表面热控涂层色素，得到广泛长期应用[7]。空间环境中没有空气导热，热控涂层的光学性能决定了传热量。空间飞行器表面的温度控制最有效的手段是依靠表面热控涂层对太阳光吸收和对热发射的比率来被动调节。纳米氧化锌在阳光尤其是紫外光照射下，在水和空气中能自行分解出自由移动的带负电荷的电子，同时留下带正电荷的空穴，这种空穴可以激活空气中的氧，活性氧有极强的化学活性，能与大多数有机物发生氧化反应，包括细菌内的有机物，从而可以把大多数病菌和病毒杀

6、死，因此可用作生物杀菌，除臭等方面。纳米氧化锌的这些应用都源于其小尺寸效应。纳米氧化锌的表面与界面效应及应用：表面与界面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而大幅度增加，粒子的表面能及界面张力亦随之增加，从而引起纳米粒子性质的变化。纳米粒子的表面原子所处的晶体场环境及结合能与内部的原子有所不同，存在许多悬空键，并具有不饱和性质，因而极易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很大的化学活性。纳米氧化锌由于尺寸小、比表面积大、表面键态与颗粒内部不同、表面配位不全，导致表面活性位置增多，形成了凸凹不平的原子台阶，加

7、大了反应接触面，具有极强的催化活性，因此是一种良好的催化剂:还因为表面活性的增加，可以作为吸附剂吸附色素进行彩色复印。同时，由于其尺寸小、表面活性的增加，其电阻随周围气氛中组成的改变而改变，因此可用作气敏元件、温敏元件、PIT元件、NTC元件。华中科技大学谢长生课题组[8]在纳米氧化锌气敏传感器方面做了较多工作，认为纳米氧化锌气敏元件的灵敏度高，晶粒细化是其主要原因之一。纳米氧化锌量子尺寸效应及应用：所谓量子尺寸效应是指当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占

8、据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级及能隙宽化，以及由此导致的纳米微粒催化、磁、光、热、电和超导等特性与宏观特性存在着明显不同的现象。不仅金属纳米粒子具有量子尺寸效应，而且无机非金属纳米颗粒也具有量子尺寸效应。纳米氧化锌由于量子尺寸效应，其施主、受主能级出现限