纳米氧化锌的制备及其光学性能研究

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1、原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：是苤2茎!)日期：塑!：[：!i论文作者签名：厶圭!!墨!)日期：塑!：』：!!关于学位论文使用授权的声明本人完全了解1fI东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，

2、可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：兰茎崖，L导师签名：数曰期：圣盟皇!』￡；山东大学博士学位论文摘要从广义讲，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度(1～100121TI)范围或由它们作为基本单元构成的材料，由于其明显不同于体材料和单个分子的独特性质一表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应及其在电子学、光学、化工、陶瓷、生物和医药等领域的重要应用价值，引起了世界各国研究者的共同关注。材料的制备是性能研究的基础，随着人们对纳米材料所具有的特殊性质认识的提高，纳米材料与纳米结构的合成与制备研究也F]趋深入

3、。20世纪80年代以来，零维(0D)纳米材料的合成与制备已经取得了很大的进展，但一维(1D)、准一维(quasi．1D)及二维(2D)纳米材料及其相关结构的制备和研究仍面临着巨大挑战。由于具有特殊的光学、电学、磁学和机械性能，此类低维纳米材料将是纳米材料在微电子和纳电子方面获得应用的关键，在今后相当长时期内将成为纳米材料研究的重点领域。氧化锌是一种新型的II一Ⅵ族直接宽带隙半导体材料，纳米氧化锌具有纳米材料和优异半导体材料两方面完美结合，在液晶显示器、太阳能电池、保护性涂层、气敏元件、固体照明光源和紫外发光器件等领域表现出潜在应用前景。目前，对纳米氧化锌的制备大体可分为物理法和化学法两类，

4、其中基于溶液的化学合成方法由于操作简单、不需要贵重仪器、价格低廉等优点受到纳米材料制备领域研究的青睐，但由于反应物在溶液中反应过程复杂，所以反应结果不易控制，反应机制仍待明确。本文选择氧化锌纳米体系为研究对象，侧重于纳米氧化锌的化学合成以及低维纳米形态的控制，将沉淀法、均相沉淀法、水热法和聚合物软模板法相结合，控制时间、温度、pH及反应物浓度等反应参数，合成了一系列一维和二维的氧化锌单晶纳米棒和纳米片，借助于x掳t线衍射、透射电镜／高分辨透射电镜、扫描电镜等手段研究了纳米产物的物相组成和微结构，探讨了氧化锌纳米棒的反应过程和形成机制：借助于x．射线光电子能谱、傅立叶变换红外光谱、紫外光谱、

5、光致发光光谱等手段表征和探讨了氧化锌纳米产物的谱学特征和光学性能；尝试进行了稀土离子掺杂氧化锌纳米晶体系的发光性能研究。将沉淀法和水热法相结合，以表面活性剂为添加剂，制备了六角纤锌矿型氧化锌单晶纳米棒，发现增大反应的pH值，产物由棒状向纺锤形转化，纳米棒长山东大学博士学位论文径比减小。对不同反应时间的纳米棒进行分析，指出纳米棒是按“取向连结”的生长机理完成的，表面活性剂CTAB吸附在纳米晶粒的表面．在溶液中起到搬运作用，使前驱体纳米晶粒聚集，易于连结，取向生长形成棒状形态。非完美取向生长导致纳米棒表面大量缺陷的存在，紫外一可见吸收光谱测试发现氧化锌产物紫外吸收光谱红移。对纳米棒进行退火研究

6、，发现氧化性气氛可以增强氧化锌纳米棒的红光发射强度，氨气还原性气氛可以增强氧化锌纳米棒的紫外光发射强度。在水热法制备氧化锌纳米产物的过程中，以表面活性剂和聚合物的混合物为添加剂，发现可以得到复杂形态的氧化锌取向聚集体。表面活性剂和聚合物在水溶液中可以相互作用，形成复合物。由于改变温度、浓度等反应条件，表面活性剂和聚合物的作用方式和强度发生变化，因此得到了几种不同形态的氧化锌复杂结构，且产物粒径分布比较均匀，分散性良好。以尿素为均相沉淀荆，水热法较低温度制备氧化锌前驱体产物，扫描电镜测试结果表明，前驱体产物煅烧得到二维生长的氧化锌纳米片，厚度约40nnl，纳米片具有通透的大孔，呈网状结构：对

7、纳米片的形成机制进行了分析，反应物尿素对纳米片的形成起到了关键作用。咀尿素为均相沉淀剂，常压下制备了氧化镍纳米线，而水热条件下，则得到了有序排列的棒状和团聚的颗粒两种氧化镍纳米形态。由此发现尿素是一种制备纳米材料的良好的沉淀剂与控制剂。在对稀土掺杂氧化锌纳米体系的研究中，x．射线衍射结果表明，随掺杂量的增加，x-射线衍射峰宽化，强度减弱，表明稀土掺杂可以抑制氧化锌纳米晶粒的生长。在对其光致发光研究中发现，铈掺杂氧化锌纳米