Cu摻雜ZnO納米片的制備及其性能研究.pdf

1、納米ZnO由于其獨(dú)特的物理和化學(xué)性能，在自旋電子學(xué)、光電器件以及生物傳感器等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用潛力。用Cu對(duì)ZnO進(jìn)行摻雜可改變ZnO的電子結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致ZnO的光學(xué)，電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)急劇變化，以滿足特殊的需求和應(yīng)用。本文的設(shè)計(jì)思想是如何在Zn/Cu雙層材料或Zn-Cu合金上制備出Cu摻雜的ZnO納米結(jié)構(gòu)。
　　本文研究出一種新的，快速和低成本的方法來制備Cu摻雜ZnO納米片。用不同濃度的CuSO4溶液短時(shí)間侵蝕鋅片后自然干燥，再將

2、CuSO4侵蝕過的鋅片進(jìn)行200℃~500℃退火。用掃描電鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）、高分辨透射電子顯微鏡（TEM），對(duì)不同實(shí)驗(yàn)階段的試樣進(jìn)行表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)用CuSO4溶液侵蝕鋅片后形成?Cu摻雜ZnO納米片/Cu-Zn層/基體鋅的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。Cu摻雜 ZnO納米片是六方晶體結(jié)構(gòu)的多晶，晶粒尺寸為（5~10）nm。隨著退火溫度的升高，ZnO中 Cu摻雜的量降低，當(dāng)退火溫度高于鋅的熔點(diǎn)，Cu摻雜的量在 ZnO中的速度降低更快。當(dāng)退

3、火溫度低于鋅的熔點(diǎn)（410℃）時(shí)，退火前后納米片形貌幾乎保持不變。當(dāng)退火溫度高于鋅的熔點(diǎn)時(shí)， ZnO納米片形貌的變化取決于原先 CuSO4溶液的濃度。根據(jù)CuSO4與鋅的化學(xué)反應(yīng)和方程，建立了原電池反應(yīng)物理模型來解釋Cu摻雜ZnO納米片的形成。并通過氧化熱力學(xué)分析和平衡氧分壓計(jì)算，對(duì)退火過程ZnO納米片中Cu摻雜含量的變化給予解釋，同時(shí)對(duì)退火過程中ZnO納米片形貌的變化也進(jìn)行了分析。對(duì)退火后的試樣進(jìn)行光致發(fā)光性能測(cè)試，從ZnO納米片的光

4、致發(fā)光圖譜可以看到紫光波發(fā)生紅移。對(duì)水在樣品表面的潤(rùn)濕角也進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明樣品表面ZnO形貌變化或樣品在空氣中停留時(shí)間都會(huì)影響水在試樣上的潤(rùn)濕角。對(duì)機(jī)械研磨處理（ SMAT）前后的Cu0.62Zn0.38黃銅片試樣在400℃~700℃， N2-5％O2氣氛中氧化。用SEM、XRD和TEM對(duì)氧化產(chǎn)物進(jìn)行表征。結(jié)果表明當(dāng)氧化溫度在500℃~600℃時(shí)，在黃銅表面形成ZnO納米片或納米線；所得到的ZnO納米片或納米線為單晶六方晶體結(jié)構(gòu)。與