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锌基II-VI族半导体纳米材料分级可控生长、形貌和性能调控

作　者: 张玉刚
导　师: 张立德
学　校: 中国科学院研究生院（固体物理研究所）
专　业: 凝聚态物理
关键词: II-VI族半导体纳米材料和纳米结构形貌演化控制生长性能调控纳米材料稳定性
分类号: O472
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

纳米材料形貌和性能的可控成为新阶段研究的主旋律。本文以ZnO和ZnS纳米材料为研究对象,在可控生长、形貌和性能的调控等方面做了比较系统的工作,创新成果如下:1.发展了气相法和分级生长技术,分四步组装了ZnO微米晶/纳米孔洞/纳米墙/纳米棒复杂结构,实现了对紫外光与绿光的消长比以及E_2H声子振动频率在431-439 cm^-1范围的控制。2.改进了常规气相法的工艺参数,控制了纳米棒在炉体内悬浮的时间,制备了具有优异激子发射性能的ZnO捆状纳米棒顺排聚集体,提出了自组装顺排取向生长的新模式。3.设计实验方案,控制了成核方式、生长界面、过饱和度、分子扩散速度和扩散自由程等动力学因素,合成了多种ZnS特异形貌的纳米结构。这些结构表现出常规简单结构所不具有的新奇物性,如塔状结构发射出很强的黄色荧光,出现233和488 cm^-1反常的拉曼峰等。4.设计了荧光试验,研究了ZnO纳米材料荧光的反常不稳定现象,如降低激发光强度,紫外峰蓝移,绿峰红移,峰宽窄化、峰强先升后降等。通过详细的实验分析,揭示了这是由激光热效应引起的,并非属于ZnO本征的新荧光现象,并给出了解决这种不稳定性的方案。

全文目录

摘要  9-10
Abstract  10-12
第一章绪论  12-36
  1.1 引言  12-15
  1.2 II-VI 族半导体的基本物理性质和纳米材料的应用  15-21
    1.2.1 氧化锌物理性质  15-16
    1.2.2 氧化锌纳米材料的应用  16-21
      1.2.2.1 硫化锌物理性质  18-20
      1.2.2.2 硫化锌纳米材料的应用  20-21
  1.3 准一维纳米材料和纳米结构控制生长的进展  21-26
    1.3.1 直径可控  22-23
    1.3.2 长度可控  23
    1.3.3 生长取向的控制  23-24
    1.3.4 生长位置的控制  24
    1.3.5 形貌控制  24-26
  1.4 准一维纳米材料和纳米结构形貌对性能的影响  26-35
    1.4.1 光学性能  27-28
    1.4.2 声子振动谱  28-29
    1.4.3 磁学性能  29-30
    1.4.4 场发射  30-32
    1.4.5 光催化  32-33
    1.4.6 表面活性和敏感特性  33-35
  1.5 本论文研究问题的提出和主要内容  35-36
第二章复杂纳米结构的分级控制生长和性能调控  36-60
  2.1 引言  36-38
  2.2 实验过程  38-40
    2.2.1 实验装置  38
    2.2.2 实验方法和样品制备  38-39
    2.2.3 试样表征和性能测试设备  39-40
  2.3 实验结果  40-44
    2.3.1 试样的结构和形貌表征  40-43
    2.3.2 氧化锌纳米结构的荧光光谱  43
    2.3.3 氧化锌纳米结构的拉曼光谱  43-44
  2.4 讨论  44-59
    2.4.1 氧化锌四级复杂纳米结构的生长机理  44-46
    2.4.2 氧化锌四级复杂纳米结构的发光  46-50
      2.4.2.1 固体发光的基本概念  46
      2.4.2.2 固体发光的分类  46-47
      2.4.2.3 光致发光的分类  47-48
      2.4.2.4 光致发光的用途  48-49
      2.4.2.5 不同形貌氧化锌纳米结构的发光  49-50
    2.4.3 氧化锌四级复杂纳米结构的拉曼光谱  50-59
      2.4.3.1 固体中的各种光散射过程  50
      2.4.3.2 拉曼散射的物理机制  50-52
      2.4.3.3 拉曼散射的基本理论  52-54
      2.4.3.4 拉曼选择定则  54
      2.4.3.5 六角结构的空间对称群及Zn0声子模式分析  54-57
      2.4.3.6 不同形貌氧化锌纳米结构 E_(2H)模式红移的原因  57-59
  2.5 小结  59-60
第三章捆状纳米棒聚集体的可控生长和纳米棒自组装顺排取向生长模式  60-72
  3.1 引言  60-61
  3.2 实验过程  61-62
  3.3 实验结果  62-65
    3.3.1 产物的结构和形貌表征  62-64
    3.3.2 捆状氧化锌纳米棒积聚体的荧光光谱  64
    3.3.3 捆状氧化锌纳米棒积聚体的拉曼光谱  64-65
  3.4 讨论  65-70
    3.4.1 捆状氧化锌纳米棒积聚体的生长机理  65-68
      3.4.1.1 取向连接生长  65-66
      3.4.1.2 聚集体的形成机制  66-67
      3.4.1.3 形成机制进一步的实验验证  67-68
    3.4.2 捆状氧化锌纳米棒积聚体的发光  68-69
    3.4.3 捆状氧化锌纳米棒积聚体声子振动谱  69-70
  3.5 小结  70-72
第四章纳米结构特异形貌演化规律、控制因素和光学性能调控  72-94
  4.1 引言  72-73
  4.2 硫化锌纳米结构形貌可控生长过程研究  73-89
    4.2.1 实验过程  73-74
    4.2.2 产物的形貌表征  74-80
    4.2.3 产物的结构表征  80-83
    4.2.4 硫化锌纳米结构形貌控制和演化机理  83-89
      4.2.4.1 形貌演化的控制因素  83-86
      4.2.4.2 硫化锌纳米塔的生长机理  86-87
      4.2.4.3 纳米塔形成机制的进一步实验验证  87-89
  4.3 硫化锌纳米结构的荧光光谱  89-90
  4.4 硫化锌纳米结构的拉曼光谱  90-93
  4.5 小结  93-94
第五章纳米材料和纳米结构稳定性初步探讨  94-122
  5.1 引言  94
  5.2 实验过程  94-95
  5.3 实验结果与分析  95-114
    5.3.1 产物的结构和形貌表征  95-96
    5.3.2 氧化锌四足纳米结构的室温变激发光功率荧光光谱分析  96-99
    5.3.3 不同气氛下退火处理的氧化锌四足纳米结构的室温变激发光功率荧光光谱分析  99-102
    5.3.4 氧化锌四足纳米结构的变温荧光光谱分析  102-112
    5.3.5 氧化锌四足纳米结构的共振和普通拉曼光谱分析  112-114
  5.4 讨论  114-120
    5.4.1 氧化锌禁带宽度与温度的关系  114
    5.4.2 氧化锌带边发光的重吸收效应  114-116
    5.4.3 氧化锌纳米结构绿光的发光机制  116-118
    5.4.4 氧化锌纳米结构荧光的不稳定性－激光热效应  118-119
    5.4.5 氧化锌纳米结构荧光不稳定性的解决方案-激光热效应的消除  119-120
  5.5 小结  120-122
第六章全文总结与有待深入研究的问题  122-126
  6.1 本论文取得的主要成果及意义  122-124
  6.2 有待深入研究的问题  124-126
附录一参考文献  126-144
附录二攻读博士学位期间完成的论文  144-146
附录三致谢  146-147

锌基II-VI族半导体纳米材料分级可控生长、形貌和性能调控

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