低维ZnO纳米结构的制备及其性能研究

论文摘要

低维ZnO纳米结构的可控合成,能够实现其性能调制,对其在未来光电子器件方面的应用有着极其重要的科学意义,正受到人们的高度关注,是纳米材料科学与技术领域中的研究热点之一。本论文主要对钇掺杂ZnO （ZnO:Y）纳米薄膜的制备规律与光学、电学特性,哑铃型ZnO微晶和ZnO纳米管束的合成规律与光致发光特性,以及ZnO纳米管束传感器的制作与气敏特性进行了研究,获得了一系列有意义的结果。采用溶胶-凝胶法制备出透明导电的ZnO:Y纳米薄膜,研究了热处理条件和钇掺杂浓度对薄膜的结构、导电特性和在可见光区透光率的影响。薄膜在可见光区的平均透射率均超过80%;Y掺杂浓度为0.5at.%时所获得薄膜的电阻率最低,为6.75×10-3 ?·cm;Y掺杂能够调制ZnO纳米薄膜的禁带宽度。采用一种无需矿物剂、表面活性剂、衬底或模板的液相法,在常压和相对较低温度的条件下制备出了哑铃型ZnO微晶和ZnO纳米管束。通过改变反应物浓度和反应时间,对其形貌和粒径实现了可控合成,并从晶体结构、晶体成核与生长的角度揭示了各自的生长机理。对其光致发光性质研究表明,通过退火处理,能够实现对其紫外发射和可见光发射强度的调制。首次制作出ZnO纳米管束气敏传感器,研究了对乙醇蒸汽、NH3、H2、CO和CH4等气体的敏感特性。结果表明,对乙醇蒸汽的灵敏度最高,最佳工作温度为230℃,具有响应与恢复时间短、重复性好的特点。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 ZnO的基本性质
• 1.3 ZnO材料的研究进展
• 1.4 当前ZnO材料研究的热点
• 1.5 本论文的选题背景和研究内容
• 第二章 溶胶－凝胶法制备ZnO:Y纳米薄膜及其光电特性研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 溶胶的制备
• 2.2.2 薄膜的制备
• 2.3 实验结果与分析
• 2.3.1 ZnO:Y纳米薄膜的结构分析
• 2.3.2 ZnO:Y纳米薄膜的电学特性分析
• 2.3.3 ZnO:Y纳米薄膜的光学特性分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 哑铃状ZnO微晶的制备及其发光特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 哑铃状ZnO微晶的结构、形貌与成分分析
• 3.3.2 反应物浓度对ZnO产物的形貌的影响
• 3.3.3 反应时间对ZnO产物的结构和形貌的影响
• 3.3.4 哑铃状ZnO微晶的生长过程与机理的初步探讨
• 3.3.5 哑铃状ZnO微晶的光致发光特性
• 3.4 本章小结
• 第四章 ZnO纳米管束的制备及其发光特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 ZnO纳米管束的结构与形貌分析
• 4.3.2 反应物浓度对ZnO产物的形貌的影响
• 4.3.3 反应时间对ZnO产物的形貌的影响
• 4.3.4 ZnO纳米管束的生长过程与机理的初步探讨
• 4.3.5 ZnO纳米管束的发光特性
• 4.4 本章小结
• 第五章 ZnO纳米管束传感器的制作及其气敏特性研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 ZnO纳米管束的制备
• 5.2.2 ZnO纳米管束的旁热式气敏传感器的制作
• 5.2.3 气敏传感器的特性参数
• 5.2.4 气敏传感器特性测试电路
• 5.3 实验结果与分析
• 5.3.1 器件对乙醇蒸汽的敏感特性
• 5.3.2 器件对其它气体的敏感特性
• 5.3.3 ZnO纳米管束气敏机理的探讨
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历
• 硕博连读期间获得的奖励
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 中文摘要
• Abstract