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不同直径ZnO 纳米锥阵列的可控合成及其发光特性1 * 马军虎，杨合情 ，宋玉哲，李丽，谢小莉，刘瑞妮，王林芳 陕西师范大学化学与材料科学学院, 大分子科学陕西省重点实验室, 西安 ( 710062) E-mail: hqyang@ 摘 要：通过锌片与3 mol/L丁胺水溶液在100~180 ℃水热反应12 h直接在锌片上原位生长出 ZnO纳米锥阵列. 利用X射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对产物进 行了表征和分析. 结果表明, 所制备的ZnO纳米锥为六方纤锌矿结构, 生长方向为[0001]. 通 过反应温度的改变制备出了不同直径ZnO纳米锥组成的阵列. 研究了ZnO纳米锥的生长过程, 提出了可能的生长机理, 解释了所观察到的实验现象. 研究了ZnO纳米锥阵列的光致发光特 性, 观察到了分别起源于自由激子发射和激子–激子碰撞的396 nm和377 nm的紫外光发光峰 和2-E2声子复制. 关键词：ZnO；ZnO 纳米锥阵列；丁胺；光致发光 ZnO 是一种宽带隙半导体材料, 其带隙宽度为3.37 eV, 它的激子结合能(60 meV)和光增 益系数(300 cm-1) 比GaN(25 meV, 100 cm-1) 的还要高. 由于其优异的光学、电子学和化学性质, 在太阳能电池, 光催化, 光电二极管和传感器等领域具有广泛的应用前景[1, 2]. 自从2001 年 [3] [4] ZnO 纳米带 的发现和直立ZnO 纳米线阵列的激光发射 实现以来, 有关ZnO 各种纳米结构 的制备及其物理化学性能的研究受到人们的极大关注. 到目前为止, 人们已经制备出了ZnO 纳米线[5] [3, 5] [6] [7] 、纳米带 、纳米弹簧 、六边形的纳米片和纳米环 以及一维ZnO 纳米棒阵列 和纳米管阵列等纳米结构[8], 并且研制出了ZnO 纳米带的H [9]、纳米线的C H OH[10]等传感 2 2 5 [11] [12] 器、逻辑电路 和纳米发电机 等器件. 纳米材料的性能不仅取决于纳米结构的尺寸, 而且还与其形貌有关. 纳米锥与直径均匀 [13] 的纳米线相比, 电子更易从纳米锥(针) 的尖端实现发射 , 具有更为优越的场发射性能, 更 适合用做扫描探针的针尖或场发射器件[14, 15]. 关于 ZnO 纳米锥阵列制备, Park[14]和 Kim[16] 等人采用金属有机化学气相沉积法(MOCVD), 分别在单晶硅片或ZnO 纳米颗粒覆盖的单晶 [17] [18] [19] 硅片上得到了ZnO 纳米针阵列. 俞大鹏 , 解思深 和Tseng 等人以锌粉为锌源, 采用化 学气相沉积法(CVD)在单晶硅衬底或 Ga 掺杂的 ZnO 膜上生长出了 ZnO 纳米锥阵列. 这些 MOCVD 和CVD 法的设备昂贵, 操作复杂, 反应都需要在较低的压力（小于0.005 MPa ）和 较高的温度(大于400 ℃)下进行, 而且需要价格昂贵的单晶衬底以及