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LB基底上生长ZnO纳米棒的研究

作　者: 韩帅
导　师: 唐冬雁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 无机化学
关键词: LB技术 溶液法 择优取向生长 ZnO纳米棒
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


六方晶系结构的ZnO是一种重要的宽禁带氧化物半导体材料,室温下带隙宽度为3.37eV,并且具有较大的激子束缚能（60meV）,容易与其他类型的半导体材料实现集成化使用。在基底上高度规则有序生长的ZnO一维纳米结构可以用来制作表面声波仪、透明电极和短波激光器等功能器件,特别是在室温下发现ZnO纳米棒具有光致紫外发光的性能,因而高质量择优取向ZnO纳米棒的生长研究意义明显。采用Langmuir-Blodgett（LB）技术,在玻璃基底上获得均匀的ZnO薄膜,确定了ZnO薄膜的制备工艺参数:在亚相溶液浓度为0.10mol·L-1,滑障速度约为5mm·min-1,铺展液静置时间为1030min,铺展量为80μL,转移膜压为28mN·m-132mN·m-1,基片提拉速度4mm·min-16mm·min-1的条件下,能够得到转移比在1.0附近的硬脂酸/Zn2+复合LB膜。经高温退火处理后可以得到ZnO薄膜。XRD测试结果表明硬脂酸/Zn2+复合LB膜结晶度较低,无ZnO的特征衍射峰,经过退火处理后制得的薄膜为ZnO晶体薄膜,呈六方晶系结构,且结晶度高。SEM表征结果显示,通过LB技术制备的ZnO薄膜表面光滑平整、颗粒尺寸均匀。UV-Vis结果说明,纳米ZnO薄膜在266nm左右和在360nm左右有吸收峰,当薄膜层数变化不大的情况下,薄膜对光的吸收强度变化也不大,说明制得的薄膜各层之间及每个膜层都是均匀的。以LB技术获得的ZnO薄膜为种子膜,采用溶液法在ZnO种子膜上生长ZnO纳米棒,探讨了种子膜拉膜层数、加热环境、生长温度、生长时间、生长液浓度等因素对生长ZnO纳米棒的影响。XRD检测结果表明,制得的ZnO纳米棒为六方纤锌矿结构,结晶度高,沿（002）晶面择优取向性良好。SEM观测结果表明,可以通过调节各影响因素值,获得高度定向生长、排列规则紧密、直径尺寸均匀以及长径比稳定的ZnO纳米棒。UV-Vis透光光谱表征结果表明,纳米棒阵列结构对ZnO光学性能有较大的影响,当ZnO纳米棒沿C轴方向择优取向性较好、表面粗糙度较低的时候,可见光在纳米棒阵列中的反射减少,使得透光率增大。即良好的纳米棒阵列结构能够有效的提高ZnO材料的光学性能。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章 绪论  9-17
  1.1 课题背景及研究目的和意义  9-10
  1.2 ZnO 的研究现状及其制备方法  10-12
    1.2.1 溶胶-凝胶法（Sol-Gel）  11
    1.2.2 激光溅射沉积技术（PLD）  11
    1.2.3 分子束外延法（MBE）  11-12
    1.2.4 化学气相沉积技术（CVD）  12
    1.2.5 喷雾热解法（Sprayer Pyrolysis）  12
  1.3 LB 技术组装纳米粒子膜的研究现状  12-14
    1.3.1 LB 技术组装纳米材料的方法  13
    1.3.2 利用LB 技术组装排布纳米材料的应用  13-14
  1.4 ZnO 纳米棒的研究现状及其生长方法  14-15
    1.4.1 超声波法和微波法  14
    1.4.2 水热法  14-15
    1.4.3 化学溶液沉积法  15
    1.4.4 模板法  15
  1.5 论文主要研究内容  15-17
第2章 实验材料与表征测试方法  17-23
  2.1 实验试剂与设备  17-18
    2.1.1 实验试剂  17
    2.1.2 实验仪器及实验设备  17-18
  2.2 基片处理  18-19
  2.3 ZnO 种子膜的制备  19-20
    2.3.1 硬脂酸/Zn~(2+)复合LB 薄膜的制备  19-20
    2.3.2 热分解法制备ZnO 种子膜  20
  2.4 ZnO 纳米棒的制备  20-21
    2.4.1 生长液的制备  20-21
    2.4.2 ZnO 纳米棒的生长  21
  2.5 本论文实验测试方法  21-23
    2.5.1 膜压-膜面积曲线的测定方法  21
    2.5.2 X 射线衍射（XRD）分析  21
    2.5.3 扫描电子显微镜（SEM）分析  21
    2.5.4 紫外-可见光谱（UV-Vis）分析  21-23
第3章 ZnO 种子膜的制备与表征  23-39
  3.1 前言  23
  3.2 硬脂酸/Zn~(2+)成膜工艺参数的确定  23-27
    3.2.1 亚相浓度对硬脂酸/Zn~(2+) Langmuir 膜崩溃压的影响  23-24
    3.2.2 铺展量对硬脂酸/Zn~(2+) Langmuir 膜崩溃压的影响  24-26
    3.2.3 滑障速度对硬脂酸/Zn~(2+) Langmuir 膜崩溃压的影响  26
    3.2.4 静止时间对硬脂酸/Zn~(2+) Langmuir 膜崩溃压的影响  26-27
  3.3 硬脂酸/Zn~(2+)拉膜工艺参数的确定  27-29
    3.3.1 转移膜压对转移比的影响  27-28
    3.3.2 提拉速度对转移比的影响  28-29
  3.4 ZnO 种子膜制备过程的参数确定  29-30
  3.5 ZnO 种子膜的表征  30-37
    3.5.1 XRD 分析  30-32
    3.5.2 UV-Vis 吸收光谱分析  32-34
    3.5.3 SEM 形貌观察及分析  34-37
  3.6 本章小结  37-39
第4章 ZnO 纳米棒的制备及表征  39-58
  4.1 前言  39
  4.2 恒温干燥方式制备ZnO 纳米棒的过程及分析  39-51
    4.2.1 影响ZnO 纳米棒生长参数的确定  39-40
    4.2.2 XRD 检测结果及分析讨论  40-42
    4.2.3 UV-Vis 检测结果及分析讨论  42
    4.2.4 SEM 表征结果及分析讨论  42-51
  4.3 恒温水浴方式制备ZnO 纳米棒的过程及分析  51-57
    4.3.1 影响ZnO 纳米棒生长参数的确定  51
    4.3.2 XRD 检测结果及分析讨论  51-52
    4.3.3 UV-Vis 检测结果及分析讨论  52-53
    4.3.4 SEM 表征结果及分析讨论  53-57
  4.4 本章小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-65
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  65-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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