纳米zno光致发光及超低阈值随机激光材料研究

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1、摘要氧化锌(ZnO)为一种宽带隙氧化物半导体，是极有前途的发光材料。本文基于简单的水溶液法，制备出了分散稳定、量子产率高达76％水溶性ZnO蓝光量子点。稳定性来源于量子点表面键合的油酸分子，水溶性起源于量子点表面结合的二乙醇胺(DEA)中的羟基基团。系列对比实验证明强蓝光发射来源于激发的电子与ZnO量子点和油酸形成的ZnO／OA复合物所构成的界面态的辐射复合。采用非平衡的溶胶．凝胶路径，首次在亲脂性的PMMA基体中用醋酸锌和氢氧化锂作为原料制备出了均匀分散的ZnO纳米晶。傅立叶红外光谱(FTIR)证明在溶胶．凝胶的反应过程中，PMMA部分酯基水解生成了羧酸离子基团，而后羧酸离子基团通过化学键结

2、合在ZnO纳米晶的表面，其完全消除了ZnO纳米晶的表面缺陷，导致ZnO纳米晶的可见光发射完全淬灭，从而发射出纯的紫外光。采用硝酸锌和DEA作为原料，在AOT．CCl4一Water所构建的反胶束模板中制备出了尺寸均一的ZnO纳米结构。研究发现通过[DEA】／【Zn2十】的比可控制ZnO纳米结构的形态和发光性能。利用透射电镜(TEM)原位观察到了反胶束对于ZnO纳米棒生长的模板作用，并证明在反胶束模板的限制作用下，量子棒的生长服从奥斯特瓦尔德熟化机制。采用低温水热合成工艺，在Zn2十．三乙醇胺(TEA)．异丙醇(IPA)体系中，通过“取向粘连”机理，生长出了各向同性的单晶ZnO微球。并揭示单晶氧化

3、锌球的形成是一个动力学控制的过程。球形的ZnO单晶发射出强的紫外光和弱的蓝光。采用乳液聚合工艺合成了马来酸酐改性的聚苯乙烯微球(m．PS)模板，在此基础上，结合低温水热分解技术，制备了m．PS／ZnO的核壳结构。对m．PS／ZnO核壳结构的生长机理进行了深入研究。在500℃的烧结温度下，有机模板破坏，获得了单晶的ZnO杯。杯状的ZnO单晶发射出强的紫外光和弱的绿光。从实验上证明在该反胶束体系中，采用普通的氙灯作为激发源，可以实现超低阀值(抽运功率强度为～“W／cm2)l谴机激光发射，该随机激光阀值比普通随机激光材料低109数量级。在反胶束中引入发光的ZnO量子点，在相同的抽运强度下，随机激光发

4、射强度可增强3倍。关键词：ZnO纳米结构光致发光随机激光机理ABSTRACTZnOisawidebandgapoxidesemiconductor,whichisthepromisingluminescentnanomaterial．Water-solubleZnOquantumdots(QDs)withstrongblueemission(quantumyieldof76％)wassynthesizedthroughasimplesolutionrouteusingoleicacid(OA)assurfacemodifier．Thestabilityoriginatesfromthesurf

5、ace-bondedOAmolecules．Thewater-solubleofsuchQDsisprovidedbythehydroxylgroupsontheirsurfacecomefromdiethanolamine(DEA)．Basedonseriescontrolexperiments，thestrongblueemissionissuggestedtoarisefromtheformationofsurfaceZnO／oleicacidcomplexes．UniformZnOnanoparticlesembeddedinlipophilicpolymethylmethacryla

6、te(PMMA)matrixwerepreparedindetailwithunbalancedsol—gelroute．FourierTransformInfrared(FTIR)confirmspartialestergroupsofR-COOCH3inPMMAarehydrolyzedtoformcarboxyliciongroupsduringthesol-gelreaction，whichchemisorbsonthesurfaceofZnOnanoparticlestoeliminatethesurfacedefects，thusZnOnanoparticlesinPMMAmatr

7、ixexhibitscompleteultraviolet(UV)emissions，whileemissionsinvisibleregionarefullyquenched．ZnOnanostructureswithuniformsizeweresynthesizedbyconfiningthereactionofZn洲03)2andDEAinreversemicroemulsionsyste