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络合剂对ZnO薄膜的结构及其性能的影响

作　者: 林微
导　师: 赵莲花
学　校: 延边大学
专　业: 无机化学
关键词: ZnO薄膜络合剂光催化导电
分类号: O614.241
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

氧化锌(ZnO)为六方纤锌矿结构的宽禁带直接带隙Ⅱ—Ⅵ族半导体材料(3.37eV)。由于ZnO 60 meV激子束缚能(室温的热离化能为26 meV)以及很强的紫外受激辐射,在短波长发光器件方面有很大的发展潜力,成为继GaN后在宽禁带半导体领域又一研究热点。由于在可见光区有着高达90%以上的透过率以及良好的导电性能,在表面声波、太阳能电池、气敏和压敏元件、液晶显示等领域也得到了较为广泛的应用,有着广阔的应用前景。另外,氧化锌在降解水溶液中活性蓝19等染料以及氧化原儿茶酸方面表现出比TiO2更好的光催化性能。研究人员大多通过离子掺杂和半导体复合等手段来修饰粉末ZnO。但氧化剂存在易失活、易团聚和难回收等缺点,因而限制了它的实际应用。所以纳米晶ZnO固载技术的研究成为光催化发展的一个重要方面。到目前为止,人们大多倾向于研究薄膜的厚度、煅烧温度、溶胶浓度和溶胶PH值对ZnO薄膜的结构及其性能影响。但络合剂对薄膜的结构及其光催化性能、导电性能的影响的报道却很少。本实验采用溶胶-凝胶法,分别以乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)为络合剂,在两种玻璃基板上制备ZnO薄膜,采用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、UV-vis光谱仪、X射线光电子能谱(XPS)等技术研究了三种络合剂对ZnO薄膜的结构和及其性能的影响。实验结果表明：1)选择的络合剂不同,晶粒扩散距离不同,使得制备的薄膜晶面结构择优取向均有差异,其中,MEA/ZnO薄膜表现出良好的(002)晶面择优取向,DEA/ZnO薄膜次之,TEA/ZnO薄膜则有各相异性。2) MEA/ZnO薄膜为致密的球型,显示较小的粗糙度,与其(002)面取向性较高相关。3)三种络合剂下制备的ZnO薄膜平均粒径相差不大,但光催化活性却相差较大。活性顺序为：DEA/ZnO> TEA/ZnO> MEA/ZnO。DEA/ZnO薄膜最佳的光吸收性能、较多的缺陷以及较高的活性物种(吸附氧、羟基)量可能成为其光催化性能最佳的原因。4)三种络合剂制备的ZnO薄膜导电性能顺序为：MEA/ZnO> DEA/ZnO> TEA/ZnO。MEA/ZnO较小的晶界能,以及电子-空穴复合率较少,是其导电性能较好的主要原因。该实验结果为ZnO薄膜的结构及其性能的基础理论研究提供了一定的理论依据,对该领域中ZnO薄膜走向应用的研究有十分重要的意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-21
  1.1 ZnO的晶体结构  10-12
  1.2 ZnO的能带结构  12-13
  1.3 ZnO的性质及应用  13-16
  1.4 ZnO薄膜的制备方法  16-19
  1.5 ZnO的研究现状  19
  1.6 研究内容及意义  19-21
第二章络合剂对普通玻璃基板上制备的ZnO薄膜的结构及其性能的影响  21-34
  2.1 引言  21
  2.2 实验部分  21-22
  2.3 薄膜的表征  22-23
  2.4 结果与讨论  23-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章络合剂对石英玻璃基板上制备的ZnO薄膜的结构及性能的影响  34-39
  3.1 引言  34
  3.2 实验部分  34-35
  3.3 薄膜的表征  35
  3.4 结果与讨论  35-37
  3.5 本章小结  37-39
第四章湿度对掺铝ZnO薄膜的结构及性能的影响  39-47
  4.1 引言  39-40
  4.2 实验部分  40-41
  4.3 薄膜的表征  41
  4.4 结果与讨论  41-46
  4.5 小结  46-47
结论  47-48
参考文献  48-53
致谢  53-54
硕士期间发表论文  54

络合剂对ZnO薄膜的结构及其性能的影响

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