一维氧化物纳米结构的制备与物性研究

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1、一维氧化物纳米结构的制备与物性研究一维氧化物纳米结构的制备与物性研究【摘要】：低维纳米材料具有与体材料明显不同的物理、化学、生物特性,日益成为当今纳米科技领域的研究热点。氧化物半导体纳米材料具有制备工艺简单、成本低廉、稳定性好等优点,在锂电池、太阳能电池、光降解、光催化、传感器、场发射器件等各领域有广泛的应用前景,因此研究氧化物半导体纳米材料具有重要意义。在本文中,我们对ZnO、Sn02纳米结构的制备、磁性能、发光、传感及场发射等性能进行了系统研究,主要的研究内容和创新点如下：1.Cu掺杂氧化锡纳米线

2、的制备及性能研究。用热蒸发沉积法制备出了Cu掺杂Sn02纳米线结构。所制样品通过XRD,SEM,HRTEM,EDS以及PL等手段进行了表征,研究了Cu催化剂对Sn02纳米结构的发光、场发射及磁性的影响作用。Cu掺杂Sn02纳米线的变温光致发光谱显示,发光中心在590nm,630nm和677nm处。该样品具有良好的场发射性能,开启电场为2.9V/μm,闽值电场为4.8V/μm,是一种很有潜力的场发射阴极材料。我们在Cu掺杂Sn02纳米线中观察到了室温铁磁性,而所制样品中并不存在磁性元素,我们初步研究了其

3、磁性起源,并基于第一性原理计算方法研究了Cu离子对磁性的作用。2.Cu掺杂氧化锌纳米片的制备和性能研究。用热蒸发沉积法制备出了Cu掺杂的三角状ZnO纳米片。所制样品通过XRD,SEM,HRTEM,EDS以及PL等手段进行了表征,研究了Cu催化剂对ZnO纳米结构明显的影响作用,ZnO纳米片具有良好的场发射性能,开启电场为3.1V/μm,场增强因子约为3250,是一种很有潜力的场发射阴极材料。我们在Cu掺杂ZnO纳米片中观察到了室温铁磁性,而所制样品中并不存在磁性元素,我们对该磁性起源进行了初步研究。3.

4、CuO在宏观氧化物纳米材料制备中的催化作用研究。在其他工艺参数不变的条件下,在源材料中加入适量的CuO,可对制备ZnO、Sn02、In2O3等纳米材料起到重要的催化作用。我们用此法成功的制备出了宏观的梳状、带状及树枝状ZnO、Z字形及带状Sn02、宏观In2O3等结构,长度可达1.5cm,重复性良好,容易从中分离出单晶结构单元,为科学研究提供重要的物理平台。我们分析了氧化铜在纳米材料制备中的催化作用,提出了相应的生长机制,并选用单根Z字形Sn02带,研究了其湿度传感性能。4.氧化物纳米材料的制备及场发

5、射性能研究。场发射性能取决于场发射阴极材料的功函数和场增强因子,ZnO、Sn02都是良好的候选阴极材料,该类材料的纳米结构具有丰富的表面形态,有较大的场增强因子,我们通过结构简单、成本低廉的热蒸发法制备出了多种形貌的Sn02、ZnO及Sn掺杂ZnO纳米结构,并分别对其晶体结构,形貌,光致发光等性能进行了表征,研究了源材料配比、温度、气流量、衬底等工艺条件对表面形貌的影响,系统研究了各种纳米结构的场致电子发射性能,结果表明,这些纳米结构具有低的开启电场和阈值电场,高电流发射密度,是良好的场发射阴极材料。

6、【关键词】：纳米材料场发射CuO催化Cu掺杂磁性【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2010【分类号】：TB383.1【目录】：摘要6-8Abstract8-13第一章绪论13-331.1引言13-141.2所研究材料的基本性质及应用14-171.2.1氧化锌的性质及应用14-161.2.2氧化锡的性质及应用16-171.3稀磁半导体材料的研究现状17-181.4稀磁半导体中磁性起源研究进展18-221.4.1直接和间接交换作用191.4.2双交换作用191.4.3BR交

7、换作用19-201.4.4RKKY交换作用201.4.5束缚磁极子20-221.5纳米材料的特殊性能22-261.5.1磁学性能23-241.5.2光学性能241.5.3场发射24-251.5.4表面活性和敏感特性25-261.6纳米结构可控制备的研究进展26-291.6.1直径可控26-271.6.2长度可控27-281.6.3生长取向的控制281.6.4生长位置的控制281.6.5形貌控制28-291.7本文的选题意义及研究内容29-30参考文献30-33第二章Cu掺杂SnO_2纳米结构的制备与性

8、能研究33-53摘要332.1引言33-352.2实验过程352.3形貌与结构表征35-402.4光致发光和场发射性能研究40-432.5磁性能研究43-492.6小结49-50参考文献50-53第三章Cu掺杂ZnO纳米结构的制备与性能研究53-65摘要533.1引言53-543.2实验过程543.3形貌与结构表征54-573.4光致发光和场发射性能研究57-593.5磁性能研究59-633.6小结63-64参考文献64-65第四章氧化物宏观纳米结构的制