试析微纳米zno的水热法制备及掺杂研究

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1、山东大学硕士学位论文微纳米ZnO的水热法制备及掺杂研究姓名：董厚欢申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：刘宝20070510山东大学硕士学位论文摘要半导体纳米材料所具有的量子尺寸效应、小尺寸效应和表面效应使它呈现出许多新奇的特性，广泛应用于催化、医学、光学及功能材料领域。随着人们对半导体纳米材料所具有的特殊性质认识的提高，对半导体纳米材料制备方面的研究也日益深入。ZnO是一种直接带隙宽禁带半导体材料，它的禁带宽度为3．37eV，并具有较高的激子束缚能(60meV)。ZnO具有优异的电学和光学性能，在催

2、化、太阳能电池、气敏性传感器等多个领域得到了广泛应用。ZnO中存在的氧空位、锌间隙等诸多的本征点缺陷，对材料的电学、光学性能有着至关重要的影响，因此制备低缺陷的ZnO纳米材料就成为拓展其应用范围的一个关键所在，对ZnO进行掺杂就是改进其性能的方法。本课题主要研究内容包括以下几个方面：1、采用水热法制备了sn掺杂ZnO微晶，研究了掺杂离子浓度和矿化剂对ZnO微晶的光学性能和形貌的影响，并通过x．射线衍射、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱、紫外．可见光吸收光谱和室温光致发光谱对其进行表征。结果显示：矿化剂的种类和

3、离子掺杂浓度对ZnO形貌均有影响。当以氢氧化钠为矿化剂时，随着sn掺杂浓度比的增加，部分微晶的粒度由100nm增加到500nm，晶体呈六棱锥状，显露六棱锥面p{1011，和负极面O(0001)。当采用氨水为矿化剂时，ZnO晶体多为双锥状，长度约为3-8／zm，显露锥面p{1011}、柱面m{1010}；gl负极面O(0001)，5％掺杂比的ZnO生成了许多片状晶体。利用生长基元的理论解释了掺杂ZnO微晶的生长机理，采用室温光致发光谱对其发光性能进行表征。结果显示，sn“掺入虽然没有形成新的发光峰，但发光强

4、度比未掺杂样品有所增强。2、利用水热法合成了Al掺杂ZnO微晶，并经过在Nil3氛围中高温煅烧进行表面N掺杂。运用XRD、SEM、EDS等方法研究其结构和表面形貌，并利用紫外．可见光吸收光谱对其光学性质进行研究。3、首次采用在水热过程中添加H202的方法，在低温条件下制备出粒度较大的ZnO晶体，并使用SEM和XRD等检测手段进行表征。结果表明：所制备的山东大学硕士学位论文ZnO晶体结晶性能良好，最大线度超过了100／Mm，显露柱面m{101．0}㈣面p{101．1}，在制备的样品中还发现了大量的单锥簇。关

5、键词：半导体材料；水热法；掺杂；ZnO微晶H山东大学硕士学位论文ABSTRACTSemiconductornanomaterialsexhibitlotsofterrificpropertiesderivingfromtheirnoveleffectssuchasquantumsize，smallsizeandsurface，andcanbeappliedinmanyfieldssuchascatalysis，medicine，opticsandfunctionalmaterials．Synthesiso

6、fsemiconductornanomaterialsgoesdeeperwiththeunderstandingoftheiruniqueproperties．Zincoxide(ZnO)isadirect岍dcbandgap(3．37eV)semiconductorwitharelativelyexcitonbindingenergy(60meV)．ZnOhasbeenwidelyusedincatalysis，solarcellsandgassensorduetoitsexcellentoptica

7、landelectricalproperties．TheelectricalandopticalpropertiesofZnOarestronglyinfluencedbyitsintrinsicpointdefectssuchasoxygenvacancyandzincinterstitialatoms．ThesynthesisoflowdefectsZnOnanomaterialsisthekeytobroadenitsapplication．Itisgoodmethodwhichcallreduce

8、theintrinsicpointdefectsofZnObyintroducingdopantionsintothehosts．Itmainlycontains3partsasfollows：1．AhydrothermalmethodhasbeenusedforthesynthesisofSndopedZnOcrystallite，andtheopticalpropertiesoftheZnOcrystallitedoped