孔狀納米氧化鋅的制備及電致發(fā)光行為研究.pdf

1、自1996年香港科學(xué)家首次報(bào)道了ZnO薄膜室溫下的近紫外光泵浦受激光發(fā)射以來(lái)，ZnO作為人們獲得藍(lán)/紫外發(fā)光和激光的新型半導(dǎo)體光電子材料，其受激發(fā)射行為的研究已成為國(guó)際前沿領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。相對(duì)于光泵浦激勵(lì)下的受激發(fā)光而言，電泵浦激勵(lì)的光電裝置因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、發(fā)光均勻、耗電量小等優(yōu)點(diǎn)而更具實(shí)用性。盡管目前對(duì)ZnO電致發(fā)光的研究也取得了一些突破性的成果，但是這些研究大多是基于摻雜技術(shù)獲得ZnO的p-n結(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)ZnO薄膜材料的電致發(fā)光。而對(duì)于制

2、備方法較簡(jiǎn)單的ZnO納米粉體材料的電致發(fā)光行為研究卻鮮見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。本文在前期工作的基礎(chǔ)上，對(duì)材料進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后通過(guò)化學(xué)工藝的選擇和調(diào)整獲得兩種孔狀納米ZnO材料，并對(duì)材料的電致發(fā)光性能進(jìn)行了研究，得到了一些主要的研究結(jié)果。 一、在多孔ZnO粉末的制備及其電致發(fā)光性能研究中，主要對(duì)sol-gel法制備ZnO納米粉末的工藝作了兩大改進(jìn)，并將ODA、P123和F-127作為模板劑引入到多孔材料的制備中，最后研究了材料的電致發(fā)光性能

3、。結(jié)論如下： (1)減慢LiOH的乙醇溶液的滴加速度，使純粉末的發(fā)光強(qiáng)度提高了4.68倍、ODA處理的樣品的發(fā)光強(qiáng)度提高了0.71倍；采用真空加熱法使凝膠沉淀后，使發(fā)光中心的位置出現(xiàn)了明顯的藍(lán)移，由原來(lái)的550nm移至520nm。 (2)采用模板劑ODA、P123和F-127得到的多孔ZnO前驅(qū)體的比表面積分別為100.78m2/g、69.21m2/g和103.57m2/g，平均孔徑分別為5.64nm、6.61nm和5.

4、70nm。 (3)將上述樣品煅燒后發(fā)現(xiàn)，各模板劑均有一最佳用量值，分別為0.75mmol，O.15mmol和0.15mmol，在該用量下樣品的發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最大；其中，與未經(jīng)模板劑處理的純ZnO晶體粉末相比，F(xiàn)-127作用下發(fā)光強(qiáng)度提高最大，峰值提高了3.3倍、總發(fā)光能量提高3.25倍；P123的影響次之，峰值提高了2.03倍、總能量提高了1.72倍；ODA的作用最小，峰值提高了0.89倍、發(fā)光能量提高了0.42倍。發(fā)光強(qiáng)度的顯著

5、提高是由于模板劑引入后得到了多孔結(jié)構(gòu)的ZnO材料，比表面積增大、表面狀態(tài)變化引起的。 二、直接包覆法制備ZnO空心球的過(guò)程中，主要研究了聚苯乙烯球的制備工藝及模板法制備ZnO空心球的制備過(guò)程及原理，最后對(duì)空心球的電致發(fā)光性能進(jìn)行了測(cè)試。得出如下結(jié)論： (1)用乳液法制備了粒徑為165nm～600nm的聚苯乙烯(PSt)球，乳化劑濃度和引發(fā)劑濃度及反應(yīng)體系的乳化程度是影響產(chǎn)物粒徑及分布的重要因素。 (2)用平均粒徑

6、為500nm的PSt球?yàn)槟０澹ㄟ^(guò)物理靜電吸附的方法，獲得PSt/Zn5(CO3)2(OH)6的核/殼粒子，在高溫下煅燒后除去了有機(jī)模板，同時(shí)使Zn5(CO3)2(OH)6轉(zhuǎn)化為ZnO并結(jié)晶，得到了ZnO空心球。在該過(guò)程中，表面帶有負(fù)電荷的PSt模板和ZnO前驅(qū)體的選擇與制備及最終煅燒工藝的處理是獲得空心球并提高其發(fā)光性的關(guān)鍵。 (3)對(duì)ZnO空心球進(jìn)行的電致發(fā)光性能研究發(fā)現(xiàn)，ZnO空心球在外場(chǎng)下受激發(fā)綠光，發(fā)光峰位于～520n

7、m，較受激發(fā)紅光的ZnO納米晶顆粒的發(fā)光峰發(fā)生了明顯的藍(lán)移，且強(qiáng)度明顯提高。這可能是由ZnO空心球的特殊結(jié)構(gòu)及表面狀態(tài)引起的。 三、在對(duì)ZnO納米棒的制備改進(jìn)中，主要是采用加入助模板劑正己醇和改變模板劑DBS用量的方法縮小棒的尺寸。最后，使棒的直徑減小至20nm，但長(zhǎng)度變化不明顯。 由上可見(jiàn)，利用材料微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的物理指導(dǎo)思想，制備孔狀結(jié)構(gòu)的納米半導(dǎo)體材料，可為粉末電致發(fā)光性能的提高，甚至是電泵浦激光發(fā)射的實(shí)現(xiàn)，提供一條