ZnO薄膜與粉體的制備及其性能研究.pdf

1、ZnO是一種新型寬禁帶n型半導(dǎo)體材料，具有直接帶隙能帶結(jié)構(gòu)（室溫下Eg=3.37eV），對(duì)應(yīng)于近紫外光波段。同時(shí)，ZnO還就有較高激子束縛能（室溫下為60meV），其激子在室溫下可以穩(wěn)定的存在，具備了發(fā)藍(lán)光和近紫外光的優(yōu)越條件。因此，ZnO材料在短波長(zhǎng)光電器件方面有著巨大的潛在應(yīng)用。另一方面，ZnO還具有豐富的納米結(jié)構(gòu)，包括納米點(diǎn)、納米線、納米管、納米帶、納米環(huán)等，當(dāng)材料為納米尺度時(shí)，會(huì)因量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、表面效應(yīng)、小尺寸

2、效應(yīng)等出現(xiàn)新穎的光電性能。ZnO作為一種重要的光催化劑，是極少數(shù)幾個(gè)可以實(shí)現(xiàn)量子尺寸效應(yīng)的氧化物半導(dǎo)體材料，近年來得到了人們的廣泛研究。
　　本文采用溶膠-凝膠法制備了ZnO薄膜和粉體，研究了薄膜制備工藝因素對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響以及摻雜離子對(duì)ZnO粉體結(jié)構(gòu)和光催化性能的影響。主要工作包括以下內(nèi)容：
　　⑴采用溶膠-凝膠旋涂法制備ZnO薄膜，研究了預(yù)熱處理溫度、襯底、薄膜厚度以及退火溫度對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明：這些

3、因素都對(duì)ZnO薄膜的c軸擇優(yōu)取向有影響。預(yù)熱處理溫度最佳為250℃，高于ZnO薄膜晶化開始溫度不利于薄膜的擇優(yōu)取向，非單晶襯底不利于薄膜的擇優(yōu)取向，厚度越厚其受襯底影響性越小，結(jié)晶性能越好；隨退火溫度的升高，晶粒尺寸逐漸增大，擇優(yōu)取向逐漸增強(qiáng)，晶格常數(shù)先減小后增大，在600℃時(shí)最小，ZnO薄膜的電阻率逐漸減小，在700℃時(shí)，ZnO薄膜的電阻率減小到0.61×104Ω·㎝；而在600℃時(shí)有最大介電常數(shù)和最小損耗。
　　⑵實(shí)驗(yàn)選取了N

4、a、Mg、Al、La、Ag作為摻雜元素，制備了相應(yīng)摻雜納米ZnO粉體。Na摻雜ZnO納米粉體在低摻雜濃度時(shí)光催化效率反而降低，隨摻雜濃度增大逐漸恢復(fù)，當(dāng)摻雜量為15at%時(shí)達(dá)到最大，摻雜濃度進(jìn)一步增大反而減小，最大光催化降解率為56.7%。Mg摻雜ZnO納米粉體的光催化效率降低，在同比摻雜量中最佳摻雜濃度為10at%，當(dāng)添加量為0.5g/l時(shí)對(duì)10mg/l的甲基橙溶液的光催化3h的降解率為43%。Al摻雜ZnO納米粉體的晶粒尺寸減小，光