zno、ga掺杂zno纳米粉体的光、电性能研究

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1、山东大学硕士学位论文ZnO、Ga掺杂ZnO纳米粉体的光、电性能研究姓名：徐润春申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：吕伟20090406山东大学硕士学位论文摘要纳米材料是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着重要影响的研究对象，也是纳米科技中最活跃、最接近应用的重要组成部分。纳米尺度下所具有的诸多性能，如量子尺寸效应、小尺寸效应以及表面效应等会对低维纳米材料的输运和光学性能产生重要影响，同时会在低维纳米体系中实现比常规体材料更为优越的电、光、磁和机械性能。近年来，对纳米材料及其性能的研究取得了巨大的进步，但仍有很多问题需要解决，也充满了机遇。氧化锌(ZnO)是一种新型的I

2、I一Ⅵ族直接宽带隙半导体材料，室温下禁带宽度为3．37eV，激子结合能为60meV。ZnO因具有优良的压电、光电、压敏、气敏等性质，在透明半导体、发光元件、太阳能电池窗口材料、光波导器、单色场发射显示器、高频压电换能器、表面声波元件、微传感器以及低压压电电阻器等方面具有广泛的应用。纳米ZnO因同时具备纳米材料和重要半导体氧化物两方面的优势，使得国内外科学界及工业部门对其研究与开发十分重视。目前，科研人员对ZnO的光、电性能的研究普遍比较关注，为获得更丰富的ZnO的光学、电学性能，一种有效的方法就是在ZnO中掺入另一种材料。通过对ZnO进行掺杂而得到更优良的光、电学性能成为当前研究的热点问题。但

3、各课题组对于ZnO、掺杂ZnO的研究多集中在薄膜的制备及其性能研究方面，针对ZnO、Ga掺杂ZnO纳米粉体光、电学性能研究的报道较少。因此，对ZnO、Ga掺杂ZnO粉体的光、电学性能进行系统研究具有重要的基础研究意义。本课题主要研究了ZnO、Ga掺杂ZnO粉体的合成与光、电学性能，为ZnO材料更好和更为广泛的应用提供了理论依据和实验基础。具体内容如下：(1)采用简单的水热／溶剂法与沉淀法相结合，制备了大量不同形貌的具有六角纤锌矿结构的ZnO，这些ZnO的尺寸包括纳米级和亚微米级两部分。着重对所制备的不同形貌ZnO材料的光学性能进行了系统研究。通过对比分析，阐述了ZnO山东大学硕士学位论文微晶粉

4、体的形貌对样品的光吸收性能与荧光性能的影响。研究结果表明：样品的红外吸收主要受量子尺寸效应的影响而发生蓝移，并且蓝移量与粒径尺寸有关，小尺寸(粒径<300nm)时，蓝移量相对较大。样品的紫外．可见吸收与其粒径尺寸和形貌有一定的联系，当尺寸(粒径<300nm)较小时，谱图中会出现2～3个新吸收峰，这些吸收峰有些可能是体相峰分裂而来。在我们的研究中，纺锤状纳米棒几乎在整个可见光区都有强吸收，而长径比较大(>15)的纳米棒仅在紫外光区产生了强吸收，在可见光区几乎无吸收。样品的光致发光性能研究表明：小尺寸(粒径<300nm)的Zn0样品的两个发射峰的峰位均在399nm和466nm附近。我们认为：这可能

5、是纳米尺度ZnO粉体的PL谱特征峰。(2)首次采用低温溶剂热路线，在不同Ga浓度的前驱体溶液中合成了不同的Ga掺杂Zn0纳米粉末，并对这些粉末的光、电学性能进行了系统研究，探讨了前驱体溶液中不同Ga浓度对样品的形貌、光吸收性能和荧光性能、电学性能的影响。研究结果表明：当前躯体溶液中Ga浓度小于5m01％时，随着Ga浓度的增加，所得粉末样品的直径(30-70nrn)几乎不变，长度逐渐减小，其形貌由长径比约为20的一维纳米棒转变为长径比约为2的近似球状或六方棱状零维纳米粒子，且样品的结晶状态也由单晶逐渐转变为多晶。PL谱分析表明：由于Ga掺杂诱导了带隙重整，这引起了近带边发射峰(NBE)随溶液中G

6、a浓度的增加逐渐红移。样品UV-vis吸收测试结果揭示：Ga掺杂既导致了样品的吸收带变宽，使得所制备的Ga掺杂Zn0样品在整个可见光区都有强吸收。这对于其在光催化剂领域的应用具有实际价值。样品的电学特性分析显示，随着溶液中Ga掺杂浓度增加，载流子浓度增加，电阻率和电子迁移率逐渐下降。本试验中所得粉末样品的最佳电学性质为载流子浓度6．20x1015cm～，电阻率为0．234Qm。这为目前科研领域比较感兴趣的将Ga掺杂Zn0粉体植入有机物，从而提高有机物电学性质方面的研究提供了数据参考。关键词：znO；Ga掺杂Zn0；纳米材料；合成；性能研究2山东大学硕士学位论文ABSTRACTToday,nan

7、o·materialsaremostvibrantstudyobjectintheareasofnewmaterials’researchandwillhaveanimportantimpactinthefutureeconomicandsocialdevelopment．Simultaneously,nano—materialsarethemostactiveinnanotechnologyan