低维zno的制备与表征

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1、摘要摘氧化锌(ZnO)是一种重要的直接宽带隙半导体无机材料，具有六方纤锌矿晶体结构，室温下的带隙宽度约为3．37eV，激子结合能高达60meV。低维ZnO表现出与体材料明显不同的电学、磁学、光学等性质，这些性质与材料的组成、尺寸大小以及结构和形貌密不可分。ZnO低维材料由于在光电子器件和传感器等方面的广阔的应用前景，正受到人们的广泛关注。本文主要利用改进的溶胶．凝胶法和水热法制备出了具有各种形貌的ZnO低维材料。运用各种表征和测试技术例如扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外．可见吸收(UV．Vis)对所制各的ZnO纳米／微米粉体进行了分析研究。研究结果如下：(1)

2、利用改进的溶胶．凝胶法制备出了具有球形形貌的ZnO纳米粉体及Mg掺杂的M&Znl．xO粉体材料。研究结果表明，煅烧温度是材料合成的关键因素。在合适的制备条件下，可以得到大小在50nm左右，形貌规整，表面圆滑的球形ZnO。(2)该方法工艺简单，周期短，易于Mg元素的掺杂，掺杂成分在固溶度范围内能很好的固溶于ZnO基体；紫外．可见吸收光谱分析表明，随Mg元素掺杂量的增加，ZnO晶体的禁带宽度变大。(3)通过水热法，以醋酸锌(Zn(Ac)2·2H20)和不同矿化剂为原料，以聚7,--醇(PEG400)为形貌控制剂合成了柱状、棒状和竹节状的ZnO低维结构；通过不同因素的考察，分析了

3、其生长机制。(4)研究表明：1)当Zn2+浓度为0．13mol／L时，合成了竹节状的微米结构，其端面为平整六边形，整体高度在10,um左右，且中间有明显的台阶，部分样品的端面还有棱台。2)观察到了竹节状产物的前身形态，表明时间不会影响到形貌的变化，但时间较短，结晶不完整。3)添加不同的矿化剂及不同浓度时，会明显改变ZnO的极性生长，在碱性较弱时，生成柱状和直径较大的棒状结构，碱性增强时，产物的长径比增大，并且结晶趋于完整。4)当PEG400的加入量为20ml(体积分数为26．67％)时，促进了ZnO的极性生长，形成长径比较大的棒状产物。关键词：ZnO；溶胶-凝胶法；Mg掺杂

4、ZnO水热法；形貌控制大连交通大学1=学硕十学位论文AbstractZincoxide(ZnO)whichhasahexagonalwurtzitecrystalstructure，isallimportantinorganicsemiconductormaterialofdirectwideband—gap，andthewidthofthebandgapisabout3．37eVattheroomtemperature，alsotheenergyofexcitonbindisupto60meV．Thelow-dimensionalZnOmaterialshavediffe

5、rentpropertiescomparedwiththebulkmaterials，suchaselectrical，magnetic，opticalandSOon．Thesepropertiesareinextricablylinkedtogethertothematerialcomposition，size，structureandmorphology．Asaresultofthewidelypotentialuseinoptoelectronicdevicesandsensors，theZnOmaterialoflow-dimensionalstructureisg

6、ainingmoreandmoreattention．Inthispaper，low-dimensionalwithavarietyofmorphologiesZnOmaterialhasbeenpreparedthroughtheimprovedsol—gelmethodandhydrothermalmethod．TheZnOnano—structuredmaterialsarecharacterizedandanalyzedbyscanningelectronmicroscopy(SEM)，X-raydiffraction(XRD)，uV-visibleabsorpti

7、on(UV)．Theresultsareasfollows：(1)Theuseofimprovedsol—gelmethodwithasphericalmorphologyoftheZnOnano—powderandtheMg—dopedpowderMgxZnl．xO．Theresultsshowthatthecalcinationtemperatureisakeyfactorinsyntheticmaterials．Preparationintherightconditions，Callbeabout50rimi