纳米zno的分级结构与微晶薄膜

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1、纳米ZnO的分级结构与微晶薄膜HierarchicalStructureandCrystalliteofNano-ZnO学科专业：集成电路工程研究生：崔航指导教师：张世林教授校外导师：王巍高级工程师天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月摘要本文研究内容包括以常温沉淀法制备的ZnO纳米粉体和以溶胶-凝胶及旋涂法制备ZnO微晶薄膜两部分。合成ZnO纳米粉体的分级纳米结构，其研究思路是本着循序渐进的原则用较简单的方法制备多种ZnO纳米形态结构进而组装成复杂结构，由此在同一样品中即可研究不同的纳米形态结构。扫描电镜下观测到纳米ZnO的分级结构为纳米片

2、、纳米针、纳米棒以及由它们组装而成的球形花状结构。花状结构的尺寸为2-3μm、纳米片的平均尺寸为300nm，厚度为56nm，米针尖端的直径大约为50nm，底端直径为80nm，长度大约为200nm。样品的团簇性强，分布不均匀。对纳米ZnO的分级结构的光致发光谱分析表明在395与530nm附近有明显的发射带，前者是激子带隙复合引起的UV发射、后者对应于缺陷引起的绿光发射。缺陷发光强度高于激子复合发光强度，这可能是由于在强碱环境下纳米粒子表面吸附了“-OH”引起的。ZnO薄膜结构的制备则以乙酸锌为前驱体，乙醇胺为稳定剂，乙二醇甲醚为有机溶剂制备溶胶溶

3、液，再经过硅基片旋涂、热处理等多步骤循环过程获得了不同的膜厚及结晶状况。光致荧光光谱表明，膜厚为73，110，197nm时对应的紫外激子发射带的中心位置分别在370，384，397nm处，呈现出由量子限域效应引起的明显蓝移现象。此外还存在较弱的紫蓝发射峰，分别位于456与475nm，452与469nm，452与471nm处。初步推测为薄膜结构并不是完整的结晶体，而是由许多微晶构成的，其晶粒的尺寸受膜厚影响。样品无明显的绿光峰，其猝灭的原因是由于有机物中与Zn原子键合的N原子因热分解不完全未发生化合键的断裂引起晶界电子耗尽区增大引起的。下一步将着

4、重研究退火等因素对薄膜结构及其光电性能的影响，以期得到更确切的结果。关键词：纳米ZnO，分级结构，微晶薄膜，光致发光AbstractTwopreparationmethodsandtheirproductsareinvestigatedinthisproject:oneissynthesizinghierarchicalnano-ZnOstructurethroughliquidphaseprecipitationinvolvingself-assemblingprocess;anotherispreparingmicrocrystalZnOt

5、hin-filmbysol-gelpreparationmethod.Fornano-hierarchyofZnOinpreparation,theideaissynthesizingvariousmorphologicalstructuresbysimplemethodinanorderlywayandstepbystep,andthuscomplicatednano-structuresareobtainedbytheirself-assembling,sovariousnano-morphologiescanbeinvestigatedi

6、nthesamesample.Nano-morphologiesofflakes,noodles,nodesandglobularflowersself-assembledbytheformersareinvestigatedbyscanningelectronmicroscopy(SEM).Theirsizesareacquiredasfollows:Thatofflowerstructuresis2-3μm,thatofflakesis300nmwith50nmthicknessinaverage,andthediameteris50and

7、80nmatthetipandbottomofnoodlesrespectivelywith200nmlength.Thesenano-structuresaggregateinclustermorphologieswithoutenoughdistribution.Thereexisttwobandsaround395and530nmobviously,whichcorrespondtotheexcitonrecombinationfromconductiontovalencebandinnearUVregionandthegreenemis

8、sionoriginofdefectlevelswithinbandgaprespectively.Theemissionattributedtode