制备参数对ZnO纳米线阵列特性的影响-论文.pdf

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1、第37卷第1期辽宁师范大学学报(自然科学版)Vo1．37NO．12014年3月JournalofLiaoningNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Mar．2O14文章编号：1000—1735(2014)01—0041—07doi：lO．11679／lsxblk2O14O1OO41制备参数对ZnO纳米线阵列特性的影响李梦轲，杨蕊，张天民，王玉琼，付洪波，宋亚男，孙杰婷，冯秋菊(1．辽宁师范大学物理与电子技术学院，辽宁大连116029；2．大连市轻工业学校职业技术培训中心，辽宁大连116023)摘要：针对

2、目前水热法制备ZnO纳米线生长机制及成核过程中存在的一些模糊问题，利用水热法制备了一维ZnO纳米线阵列，研究了ZnO纳米线生长过程中反应液浓度、生长时间、反应压力、退火条件等实验参数对ZnO纳米线阵列的形貌、微结构及光电特性的影响，讨论了纳米线生长的成核机制及生长机理．研究结果对制备高质量一维ZnO半导体纳米线阵列并将其应用于微纳及光电子器件领域都有一定的参考价值．关键词：Zn0纳米线；水热合成；生长机制中图分类号：TB383；0484文献标志码：A近来，一维ZnO半导体纳米线材料的制备、特性及应用研究受到了世界范围内半导体及器件研究者的极大关

3、注[1]．目前，制备一维ZnO半导体纳米线的方法主要有化学法和物理法．化学法制备Zn0半导体纳米线具有方法简单、成本低、结构稳定、易于大规模推广等优点，已受到材料界研究者的普遍重视．目前，采用化学法制备ZnO半导体纳米线主要有气相沉积法，水热合成法，喷雾热解法，模板法及各种液相生长法等[2]．其中，水热合成法具有重复性好，生长温度低，反应原料易获取，反应设备简单及适合工业化大规模生产等优势，已成为制备一维ZnO半导体纳米线的最常用方法．采用Zn片为Zn源，以氨水溶液为反应液，利用水热法制备ZnO纳米材料方法的优点是方法简单、成本低廉、重复性高，

4、并可大面积生长，可方便的将其应用于微电子器件、材料、催化、生物等领域，因此，利用水热法在Zn片上制备ZnO纳米线已被材料界广泛使用口]．但受制备条件及实验参数的影响，纳米线的生长形貌及结构因条件及参数影响，实验结果差异较大，人们对采用该方法制备一维ZnO半导体纳米线的成核过程及生长机制仍存在不少模糊认识．因此，从实验及理论上开展对该制备方法、生长机制及纳米线成核过程的深人研究，可为利用水热法大规模制备取向ZnO纳米线并将其应用于微纳器件及光电器件领域提供翔实的理论及实验依据．以高纯度Zn片(99．99％)为基底，氨水为反应液，在100℃温度下，

5、通过改变实验参数制备了取向一维ZnO半导体纳米线阵列样品．对水热法制备ZnO纳米线的成核及生长机制进行了详细的理论解释，分析了制备参数对ZnO纳米线阵列特性的影响，研究结果对制备高质量的一维ZnO半导体纳米线及新型微纳与光电器件都具有一定的实用价值．收稿日期：2013—12—06基金项目：国家自然科学基金项目(61076104；10804040)作者简介：李梦轲(1963一)，男，甘肃兰州人，辽宁师范大学教授，博士．E-mail：limk@dlut．edu．cn42辽宁师范大学学报(自然科学版)第37卷1实验1．1实验过程实验中，将高纯Zn片裁

6、成2cm×2cm的小片，依次使用丙酮、去离子水、无水乙醇各超声清洗15rain，再用干燥的N气吹干，后放人体积分数为3的盐酸水溶液中活化20S，去除Zn表面的钝化层，利于ZnO的成核与生长[4]．用去离子水冲洗后，将Zn片用细绳悬挂，放人盛有不同体积比氨水溶液的带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行反应生长．实验采用了四种氨水体积比，在100℃温度下，开展了不同压强、不同氨水体积比(。。：VHo。)、不同生长时间条件的对比实验，研究了ZnO纳米线阵列的成核、生长机制及影响因素．改变压力条件实验比较了反应釜密封(高压)与不密封(常压)条件对样品特性的影

7、响．所有实验参数如表1所示．表1不同条件下制备ZnO纳米线阵列实验参数Table1ExperimentalvariableofgrowthZnOnanowirearraysindifferentconditions样品VN．OH：VHO生长时间／h压力大小退火／'c2、4、6、8、24常压2、4、6、8、24高压2、4、6、8、24常压2、4、6、8、24高压2、4、6、8、24常压2、4、6、8、24高压2、4、6、8、24常压2、4、6、8、24高压24常压1．2表征与分析对制备的样品，用扫描电子显微镜(SEM，SU一8000)分析了样品表

8、面形貌和微结构；用X射线衍射仪(XRD，PhilipsPW3710)测试了样品的晶体结构；用一二光～致发一二光测～试二一系统一(PL～二，H一e—C一