纳米氧化锌的制备及其光学研究

纳米氧化锌的制备及其光学研究

摘要

氧化锌晶体作为新一代的半导体材料，具有优良的光电、导电、压电、气敏、压敏等特性。ZnO半导体室温带隙为3.37eV，且束缚激子能高达60meV，使其在紫外半导体光电器件方面具有潜在的应用价值。其广泛的应用前景使得对ZnO晶体材料研究成为了热点。对于纳米ZnO来说，还存在与表面缺陷相关的可见光发射。近年来，增强和调控纳米ZnO在可见光区域的荧光也成为研究的一个焦点。目前对ZnO纳米结构的合成方法的改进也受到人们的广泛关注，研究合成的条件对氧化锌纳米结构的形貌和光学性质的影响，以期待能够实现对氧化锌纳米结构性质可控合成。本文采用水热法以表面活性剂为添加剂, 制备了氧化锌纳米粉体, 室温下分别观察到了405nm的紫光发射和604nm的红光发射。

关键词：氧化锌晶体光学研究半导体材料

1. 引言 - 1 -

1.1纳米氧化锌的结构分析 - 2 -

1.1.1氧化锌晶体 - 3 -

1.1.2 纳米氧化锌的主要应用 - 4 -

1.2纳米氧化锌的制备方法 - 8 -

1.2.1.液相法 - 8 -

1.2.2直接沉积法 - 8 -

1.2.3均匀沉积法 - 8 -

1.2.4水热法 - 9 -

1.2.7模板法 - 10 -

1.2.9固相合成法 - 11 -

实验部分 - 13 -

2.1:实验仪器 - 13 -

2.2纳米氧化锌粉体的制备 - 13 -

实验结果与分析 - 14 -

3.1纳米氧化锌粉体的性能表征 - 15 -

3.2X射线衍射(XRD)与透射电镜(TEM)形貌分析 - 16 -

结论 - 19 -

致谢 - 20 -

参考文献 - 21 -

1.引言

纳米氧化锌是一种多功能性的新型无机材料，其颗粒大小约在1～100纳米。由于晶粒的细微化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点。近年来发现它在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能，使其在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域有重要的应用价值，具有普通氧化锌所无法比较的特殊性和用途。纳米氧化锌在纺织领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。由于纳米氧化锌一系列的优异性和十分诱人的应用前景，因此研发纳米氧化锌已成为许多科技人员关注的焦点。

纳米材料处于宏观和微观过渡的介观状态，其尺度与许多物质的特征长度，如光的波长、传导电子的德布罗意波长、超导态的相干长度、铁磁临界尺寸等相近或更小，使得周期性边界条件被破坏；加上其具有表面积大、表面能高、表面张力大等特点，因而使纳米材料显示出许多既不同于微观的原子、分子，又不同于宏观物体的特殊性，在光学、磁学、力学、热学、电学等等方面表现出显著的变化，表现在诸如熔点，磁性，热阻，电学性能，光谱吸收，比热、稳定性、化学活性和催化性等方面产生一系列奇特的性质1J．例如，不同尺寸的CdSe量子点会产生不同的荧光。宏观系统下的金属铜具有延展性，但是在50纳米以下的铜纳米粒子非常硬，失去延展性和导电性。金在宏观下为金黄色，而纳米金呈红色，并且能够在溶液中悬浮，熔点降低，这是金属材料在宏观系统中不可实现的。再如，纳米氧化锌具有很强的阻断紫外线的能力，因此常被用在防晒用品中；而原来绝缘的二氧化硅晶体等，某一纳米级界限时开始导电

纳米材料的这些有别于普通材料的效应为其在许多领域的应用提供了必要的优势条件。目前纳米材料的应用范围非常广泛，涵盖化学化工、生物医学、电子信息、环境保护、农业、光电池领域、陶瓷行业、金属、化妆品行业、食品、机械加工、航天航空、能源等等。比如，利用纳米材料的比表面积大的特性，用铂纳米颗粒、钌纳米颗粒催化降解染织行业的化工有害排泄物质：如苯胺，可为水质量检测提供实时的监测分析

材料是一切事物的基础。从科学技术发展的历史看，一种新技术的实现，往往需要崭新材料的支持。自70年代纳米颗粒材料问世，80年代中期在实验室合成了纳米块体材料以来，纳米材料的概念不断拓宽，研究内涵不断扩大，应用领域也日益扩展。纳米技术和纳米材料的研究将在二十一世纪更快、更深入的渗透到各个研究领域。这种肉眼看不见的极微小的物质必将会给各个领域带来新的机遇，带动与纳米相关的新兴学科的飞跃，开拓新领域，推动新技术、新产品的开发，也将改善人们的生活环境、提高生活质量，纳米技术必然对未来经济和社会发展产生重大影响。

参考文献

1．施利毅．纳米材料．上海：华东理工大学出版社，2007年第一版。

2．Talapin D V Yu H，Shevchenko E V et a1．Synthesis of colloidal PbSe／PbS core．shell nanowires and PbS／Au nanowire-nanocrystal heterostructures．Z Phys． Chem ．C'2007，111：14049．

3．Buffat，P'Burrel，J，Size effect on the melting temperaturee of gold particles．Phys． Rev．A，1976，13：2287．

4．Yoon B Landman U，Electric field control of structure，dimensionality, and reactivity of gold nanoelusters on metal-supported MgO films．Phys．Rev．Lett．， 2008,100:056102．

5．Santhanalakshmi J，Kasthuri J，Rajendiran N，Studies on the platinum and，ruthenium nanoparticles catalysed reaction of aniline winl 4-aminoantipyrine in aqueous and microheterogeneous media．Z M01．Catal．A，2007，265：283．

6．纳米氧化锌的生产和应用进展李明中国化学.

7. 周百斌，肖芝燕，徐学勤，吕数臣.纳米氧化锌性能的研究进展辛显双. 2003年10月第15卷第5期.

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