（毕业设计论文）《Li掺杂ZnO(AZO)纳米阵列的水热合成》.docVIP

Li掺杂ZnO(AZO)纳米阵列的水热合成 摘要：准一维纳米材料，包括纳米线、纳米棒、纳米针、纳米管、纳米带、纳米同轴电缆和异质结等是当前纳米材料科学领域的前沿和热点。有序的纳米阵列结构能够合理控制材料的定向生长，进而实现对其尺寸、维度、组成、晶体结构乃至物性的调控，从而有利于在纳米器件中的应用。ZnO纳米线与碳纳米管，硅纳米线被认为是21世纪主要的纳米材料，在光学，光电子学，能源，传感器，生物医学，自旋电子学等众多领域中有着重要的应用。本论文主要研究Li掺杂ZnO(AZO)纳米阵列结构的水热法合成，并且对于ZnO纳米阵列结构在一般基体上生长机理做了一定的探索。如何在形貌、结构、成分上实现可控制备仍是一个很大的挑战。本文以ZnO一维纳米材料为主要研究对象，从可控制备、掺杂和复杂结构出发进行了一系列有益的尝试。 关键词: Li掺杂 ZnO 纳米阵列 水热合成 1.1引言 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1～100nm)或由它们作为基本单元构成的材料。由于纳米材料尺寸小，可与电子的德布罗意波长、超导相干波长及激子玻尔半径相比拟，电子被局限在一个体积十分微小的纳米空间，电子输运受到限制，电子平均自由程很短，电子的局限性和相干性增强。 维数对材料的性质有重大影响，电子在三维、二维和一维中的相互作用方式是不同的。纳米材料按维数可以分为三类：(Ⅰ)二维纳米材料，如纳米薄膜、多层薄膜、超晶格等等；(Ⅱ)一维纳米材料，如纳米棒、纳米线和纳米管等；(Ⅲ)零维纳米材料，如纳米颗粒、原子团簇。由于这些材料一般具有量子效应，因此二维、一维和零维的纳米材料又被称为量子阱、量子线和量子点。 近十多年来，以碳纳米管为代表的准一维纳米新材料因其特殊的一维纳米结构(纳米管、纳米线、纳米同轴电缆、纳米带等)，呈现出一系列优异的力、光、电、声、磁、热、储氢、吸波等性质，在未来纳米器件领域中具有广阔的应用前景，成为纳米材料家族中一类引入瞩目的群体。然而，和量子阱、量子点的研究相比，准一维纳米材料的研究进展相对较慢，其原因在于准一维纳米材料尤其是结构可控的准一维纳米材料的制备比较困难。尽管一维纳米结构可以利用纳米光刻技术(电子束光刻、X光光刻等)来制备，但这一技术路线要求使用精密和昂贵的设备，同时也还有许多技术难点需要克服，因此，利用物理、化学合成新方法来制备准一维纳米材料的研究越来越受到重视。利用物理、化学合成方法，可以在准一维纳米材料的生长过程中对它们的结构、组分、形态、大小以及位置等进行人为的控制，从而直接生长出所需的准一维纳米材料和纳米结构。因此，物理、化学合成将成为制备准一维纳米材料的一种十分重要的新途径。对一维纳米材料可控生长技术、表征技术和应用技术的深入研究将会促进纳米科学和技术的发展，有助于发现新的效应，发展新的器件。 ZnO属于带隙较宽( 室温下3.37eV) 的半导体材料, 由于本征缺陷的存在, 使得ZnO往往具有的N 型导电性。与其它传统半导体材料如Si、GaAS、CdS、GaN 等相比,ZnO具有高的激子束缚能( 高达60meV,远大于GaN 的21~25meV) 、高的击穿强度和饱和电子迁移速率,可用作高温、高能、高速电子器件。另外,ZnO还具有热电效应和化学传感特性[1],在传感器领域有重要的应用[2] 。 纳米级氧化锌由于粒子尺寸小,比表面积大,具有表面效应、量子尺寸效应和小尺寸效应等,与普通氧化锌相比,表现出许多特殊的性质,如无毒和非迁移性、压电性、吸收和散射紫外线能力。这一新的物质形态,赋予了氧化锌在科技领域许多新的用途。 目前来说,制备ZnO纳米结构的工艺方法很多,如物理气相沉积法、化学气相沉积法、溶胶2凝胶法、分子束外延法、热蒸发法、阳极氧化铝模板法、水热法等等。这些方法制备的ZnO纳米材料具有非常丰富的结构形貌,如ZnO纳米线、纳米带、纳米环、纳米梳,四脚状纳米ZnO结构等等。相对而言,化学溶液方法比较简单。 1．2 纳米材料的基本性质 纳米材料之所以引起这么大的关注，不仅仅是在尺寸上的缩小，更重要的 是尺寸缩小所带来的独特的性质，主要有： 1．2．1量子尺寸效应 当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙变宽的现象均称为量子尺寸效应。能带论最基本的结果之一是周期性势场中运动的电子的能级形成能带。根据Kubo理论，能级间距和粒子直径有如下关系： δ=4EF/3N ∝ 1/ d3 (1-1) 其中 EF=h2（3π2n）2/3/2m (1-2) 式中δ为能级间距，EF为费米能级，N为总导电电子数，v为微粒体积