co掺杂zno纳米线的制备及其磁性和光学性能的研究

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1、分类号：密级：ＬＤＣ：单位代码：矣徽至扯乂学硕壬学位论文论文题目：Ｃｏ渗杂ＺｎＯ纳米线的制备及其磁性和光学性能的研究諭学号１３２０１９０１２７：毕楠楠作者．材料科学与工程专业名称：２０１６年６月１３日独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方夕ｈ论文中不包含其他人己经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得安徽工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做

2、了明确的说明并表示了谢意。签名；签名日期：１感Ｌｂ关于论文使用授权的说明本人完全了解安徽工业大学有关保留、使用学位论文的规定，艮Ｐ；学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可布论文的全部或部分内容，可Ｗ采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，保密的论文在解密后应遵循此规定。签名；巧调側导师签名：占心或曰期；＞／户Ｉ安徽工业大学硕士学位论文论文题目：Co掺杂ZnO纳米线的制备及其磁性和光学性能的研究PreparationofCo-dopedZnOnanowiresandtheirmagneticandopticalpropert

3、ies作者：毕楠楠学院：材料科学与工程学院指导教师：刘先国单位：安徽工业大学论文提交日期：2016年05月29日学位授予单位：安徽工业大学安徽马鞍山243002安徽工业大学硕士学位论文摘要摘要氧化锌（zincoxide）材料作为一种重要的直接宽带隙半导体，它具有较宽的禁带宽度以及较高的激子束缚能，分别为3.37eV、60meV。氧化锌除了具有这两种特性外，还包括良好的压电性质、大的比表面积等其他半导体所具有的特性，这些特性使其在光电子器件、自旋存储器件等各个领域的应用非常广泛。氧化锌材料本身具有良好的本征特性，将其他离子掺入其中后使其具有的本征光学性能和磁学性能得到优化，这种优

4、化使氧化锌材料的发展更为迅速，距离其实际应用更近一步。本论文采用两种实验方法，分别是化学气相沉积法和简单可控的溶液法，制备出纯度较高长径比较大的ZnO纳米线和垂直于衬底生长的ZnO纳米线阵列，并在此基础上利用钴元素掺杂ZnO纳米线。利用X射线衍射仪、透射电镜、扫描电镜、超导量子干涉仪、荧光光谱仪等测试仪器分析样品的结构和性能（光学和磁学性能）。我们对纯ZnO纳米线进行如下研究：1、采用传统的简单有效的溶液法，分别在有无种子层基片的情况下进行ZnO纳米线的制备，发现ZnO纳米颗粒膜作为种子层对后期在基片上生长出垂直的ZnO线阵列起到关键性的作用；而在无种子层的基础上的ZnO纳米线

5、的形貌差别很大。说明种子层的存在是纳米线直立生长的主要原因，而且种子颗粒大小决定了纳米线的直径大小，溶液法得到的纳米线直径范围为150-250nm。2、本论文在制备纯ZnO纳米线的时候侧重条件的调控，研究Ar，O2流量和管内压强对纳米线生长的影响趋势，研究发现随着Ar流量的增大，纳米线的长度增大，但是过大的流量会产生反作用，阻碍纳米线的生长；随着O2流量的升高，纳米线的长度一直在增大，但是纳米线也在变得更粗；压强增加时（37.5torr升高至75torr），纳米线的长度达到70μm，长径比达600。在纯ZnO的基础上制备出钴掺杂的ZnO纳米线的研究如下：1、我们按照Zn与Co的

6、比例为100:1，10:1，5:1和1:1进行溶液法掺杂并且测试了其磁性和发光性能，发现按100:1的比例掺杂的矫顽力能够达到242.7Oe，表现出明显的铁磁性特征。随着掺杂浓度的加大，生成了其他相使磁性减弱，掺杂浓度过大将会导致ZnO纳米线阵列的形貌发生变化。光学性能上，其主要的发射峰的峰位置在466nm，527nm，621nm左右，分别发射绿光和红光。并且比例为100:1的样品的结晶质量最好。2、化学气相沉积法制备了钴掺杂的ZnO纳米线，实验条件的调节使纳米线的长度达200μm，之后对其磁性和光学性能进行了测试。发现矫顽力较大的（450Oe）ZnO纳米锥磁性较好，但是结晶质

7、量较差，并且纳米线形状达不到器件的制备要求。调节条件得到了矫顽力在361OeI安徽工业大学硕士学位论文摘要的长度较大的样品，其发射峰的峰位在385nm和467nm左右，可见光发射峰的峰宽非常大。关键词：ZnO；溶液法；气相沉积法；光学性能；磁学性能II安徽工业大学硕士学位论文AbstractAbstractZnO(oxidezinc)isakindofimportantdirectbandgapsemiconductor,whichhas3.37eVbandgapand60meVexcito