不同形貌zno纳米材料的可控制备与生长机理分析

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1、青岛科技大学研究生专业硕士学位论文参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．54致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．59攻读硕士学位期间主要成绩⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．60声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．61——．不同形貌ZnO纳米材料的可控制备及生长机理研究———————————————————————————————————————————————————一一：：：：IV青岛科技大学研究生专业硕士学位论文1．1Z

2、nO纳米材料研究背景1绪论在许多半导体纳米材料中，金属氧化物不仅拥有金属氧化物所特有的物理化学性质，而且还具有半导体材料的一些特殊性能，于是成为了功能材料的重要组成之一。许多年来一直备受关注，成为功能材料研究领域的热门【l】。金属氧化物半导体材料的功能特性与它的原子结构、成键类型、原子间的结合力、晶体的类型、能带结构以及同自身的微观结构都是密切联系的。所以不同的金属氧化物半导体的物理化学性质和应用领域有很大的区别。因此我们不断的开发新型制备金属氧化物半导体材料的方法，并探讨影响性能优越与表面微结构的一些因素，努力的提升材料的运用价值，实现其最大功能化。氧化锌(

3、ZnO)是目前己知的唯一具有半导体和压电体双重特征的功能材料，是当今社会一种新型功能材料。是在GaAs出现后的又一种备受瞩目的新型半导体材料，由于纳米ZnO的尺寸介于微观原子簇和宏观微粒之间，因此具有许多宏观材料所不具有的特殊性质，在电、磁、光敏、化学等方面展示了诱人的应用前旦承o20世纪90年代后期，科学家利用分子束外延的实验方法，借助蓝宝石基片来成功制得蜂窝状结构的ZnO薄膜，在室温与光泵浦条件下，实现了ZnO紫外受激发光实验，这在国际上引起了研究ZnO热潮【2巧J。最近几年来，随着纳米材料与纳米技术的不断蓬勃发展，ZnO纳米材料受到人们的广泛关注并研列6

4、‘引。正是由于其物理化学性质优异，稳定性良好，形貌容易控制，制各方法简单等一系列优点，ZnO材料的研究中引起了各个国家学者的关注，大家都在积极开发其运用价值。1．2ZnO结构与生长习性1．2．1ZnO的晶体结构ZnO是一种典型的II．VI族宽禁带的半导体化合物材料，ZnO晶体中的化学键既有共价键的成分，又有离子键的成分，两种键的共同作用，使得ZnO晶体的化学键比一般离子晶体的化学键弱，在一定的外界作用下，导致其很容易发生晶体结构上的变化。ZnO一般具有三种晶体结构：六方纤锌矿结构(Wurtzite)、立方闪锌矿结构(Zincblende)和立方岩盐结构(Roc

5、ksalt)【9】。通常条件下，ZnO热力学性质最稳定的晶体结构就是六方纤锌矿结构，而立方闪锌矿结构和立方岩不同形貌ZnO纳米材料的可控制备及生长机理研究盐结构只有在特定条件下才能稳定存在，在具有六方相结构的衬底上生长可得到立方闪锌矿结构，在高压条件下立方岩盐结构方可稳定存在。①六方纤锌矿结构通常条件下ZnO最稳定的一种晶体结构就是六方纤锌矿结构，如图1．1a所示【l⋯。所以通常情况下的ZnO都是纤锌矿结构的。如果晶体是纤锌矿结构，那么它的原子堆积方式是最紧密型的，具有六方对称性。ZnO晶体结构中Zn原子和O原子排列方式比较相近，zn原子和O原子各自组成完全一

6、样的简单紧密排列的六方型晶格，Zn原子和O原子各自都是以密堆积的方式排列在一起，一个Zn原子与四个O原子构成四面体，同时O原子又与四个zn原子构成四面体，任何一个Zn原子位于4个相邻O原子所形成的四面体间隙中，组成正四面体，但是只占据着其中半数的氧四面体间隙。同理，0原子也有相似的排列方式，每个O原子也与相邻四个zn原子，一起组成正四面体【ll】。这种四面体配位模式使得ZnO具有不对称结构，导致ZnO晶格原点不处在对称中心，Zn原子在c轴方向不存在对称分布，偏向于[0001]面，构成了极性晶体的特征【12]。于是具有了独特的压电性质和热电性质。从c轴方向看，发

7、现ZnO晶体是由正极·I生[0001]面和负极。t生[oooi]面一起密堆积而成。②立方闪锌矿结构在六方相结构的衬底片上外延继续生长可以得到立方闪锌矿结构，如图1．1b所示。ZnO晶体的闪锌矿结构与金刚石结构比较类似，只是金刚石结构都是由C原子构成，而在ZnO晶体的立方闪锌矿结构中，是由O原子和Zn原子共同构成。与此同时，zn原子和O原子各自组成了两个完全一样的面心立方晶格。zn2+和02‘两个离子周围都是由4个异号离子按照四面体的方式来配位组合在一起，这种结构我们也可以看作是O二在作最密集的立方堆积，然后Zn2+填入这个四面体的空隙之，中。。③立方岩盐结构在

8、高压条件下，当压强达9GPa时，ZnO