热蒸发沉积锡酸锌及其生长机理的研究

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1、摘要摘要金属氧化物功能材料因其具有丰富的光学电学性能，及其氧离子和金属离子的可调控性，成为近年来被广泛研究的热点，特别是在二元系氧化物已经被广泛研究的基础上，人们为了更好的调控氧化物功能材料的性质，正在向三元甚至是多元体系方向探索。这其中，锡酸锌(Zn2Sn04)因其在气体传感器，染料敏化太阳能电池等方面的优异性能成为被广泛关注和研究的三元金属氧化物功能材料之一。本文主要通过一种低成本、操作简单的合成方法一热蒸发积法，在制备二元氧化物ZnO和Sn02的基础上，对Zn2Sn04进行了热沉积合成，并对其结构形

2、貌和生长机理进行了研究。在制备三元氧化物Zn2Sn04之前，为了更好的掌握金属单质作为蒸发源时的性质以及实验参数对热沉积产物结构与形貌的影响，本文先对合成Zn2Sn04生成过程中涉及的两种二元氧化物ZnO，Sn02进行了必要的研究。通过在开管的常压条件下对ZnO和Sn02的热沉积实验，充分掌握了Zn和sn作为蒸发源的特性，发现Zn单质在700℃以上，其蒸气压随温度的升高呈指数变化，而Sn的蒸气压在1000℃以内时则较低；此外，通过沉积这两种典型的二元氧化物，还掌握了改变沉积条件对于产物形貌和结构的影响，发

3、现温度越高，越有利于晶体的二维形核，形成片状或者带状结构，同时，衬底距离蒸发源越远，产物的尺寸越小。我们还用热沉积的VS以及自催化的生长模型对产物形成机理进行了探讨。在此基础上，通过改变蒸发源温度，载气中Ar／02的比例，以及不同的蒸发源种类对合成纯相的Zn2Sn04进行探索和研究，并在蒸发源温度为1000。C，Ar：02为0．1：0．05L／min，气压为500Pa的条件下，成功合成了Zn2Sn04花状结构，在使用39Zn+0．159Sn+1．59SnO为蒸发源，1000。C，Ar：02比例为O．5：0

4、．05L／min的条件下，合成了Zn2Sn04纳米线；通过本文对热沉积Zn2Sn04系统的研究，认为蒸发源的选择，特别是Sn在蒸发源中的比例对于合成纯相的Zn2Sn04起着至关重要的作用，同时，适当的载气比例，特别是低的氧分压对于形成Zn2Sn04纳米结构是非常重要的。在合成Zn2Sn04花和纳米线的基础上，还对其形成的过程和机理进行了初步讨论。关键词热蒸发沉积方法；Zn2Sn04；形貌；生长机理ABSTRACTABSTRACTMetal—oxidefunctionalmaterialshavebeenw

5、idelyresearchedduetotheirabundantopticalandelectricalproperties，adjustablecationandanion．Especially,ternarymetaloxidesareattractingmoreandmoreattentionbecausetheirphysicalandchemicalpropertiescarlbebettercontrolledthanbinarymetaloxides．Amongthem，Zincstann

6、ate(Zn2Sn04)hasbeenrecognizedasoneofthemostpromisingcandidateforgassensorsanddye—sensitizedsolarcells(DSSC)．ThepresentresearchdealswiththesynthesisofZn2Sn04viaaneconomical，easilycontrolledmethod：thermalevaporation．Wecarriedoutthisprojectonthebasisofthesyn

7、thesisoftherelevantbinaryoxidesZnOandSn02．Asmentionedabove，wemakenecessaryresearchonthebinaryoxidesZnOandSn02beforewetriedtosynthesizeZn2Sn04．ThepropertiesofevaporationsourceZnandSnhavebeenthoroughlyunderstoodviaZnOandSn02experiment．Itisfoundthattheairpre

8、ssureofZngoesupwiththetemperatureexponentiallyOVer700"C，whilethatofSnkeepsatarelativelowlevelunder1000"C．Besides，itisfavorableforthe2-dimensionalnucleationatrelativehightemperature，andtheproductsunderthisarelikelyto