ZnO线阵多孔结构的模板辅助法制备及光电性能研究

发布时间：2017-06-28 09:01

  本文关键词：ZnO线阵多孔结构的模板辅助法制备及光电性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光电子器件和光催化器件对微纳结构有高度的依赖性,在模板辅助下可以控制ZnO的形貌、精确调控ZnO的结构,并在此基础上能提高材料的性能,是ZnO微纳结构的重要研究课题。本文利用二维光刻胶和三维胶体模板辅助制备了ZnO微米棒阵列、ZnO反蛋白石和ZnO线阵多孔结构,并对其光学性能、电学性能和光催化性能进行了研究。为了制备与二维光刻胶图案完全一致的的ZnO结构,在光刻胶模板的辅助下,采用“两步生长法”,分别加入柠檬酸钠和聚乙醇胺作生长辅助剂,通过提高前驱体溶液的浓度,使ZnO棒阵列与限制图案实现更加完美的匹配。通过光致发光系统测试了不同条件下制备的ZnO微米棒阵列的光致发光特性,分析其结晶特性的变化规律,同时发现高浓度前驱体溶液制备的ZnO棒阵列结晶效果更好。采用电化学沉积法制备了ZnO-Cu2O棒状异质结和n-ZnO/p-Si棒状异质结,并测试了不同条件下制备的棒状异质结的电学性能。光学性能和电学性能都表明随着限制孔径的减小,ZnO微米棒的结晶质量越高。三维胶体微球的辅助下可以获得ZnO有序多孔结构,采用水热法制备ZnO有序多孔结构尚未有报道,相比于电化学沉积法,水热法可以提高ZnO的结晶性能。本文采用低温水热法,在胶体微球模板的辅助下成功制备了ZnO反蛋白石结构,分析了柠檬酸钠、聚乙醇胺、溶液浓度和生长时间对ZnO反蛋白石结构的影响,发现在加入柠檬酸钠前驱体溶液中获得ZnO反蛋白石更加有序,缺陷更少。同时测试了不同孔径ZnO反蛋白石的的反射光谱,分析了光子带隙随孔径的变化规律。通过测试不同生长辅助剂下制备的ZnO反蛋白石的光致发光特性,分析生长辅助剂对ZnO反蛋白石结晶质量的影响。采用原子层沉积的方法制备了ZnO-TiO2异质结,分析了不同条件制备的ZnO-TiO2异质结的光电流特性,同时也分析了其光致发光特性。采用水热法制备的ZnO/TiO2复合反蛋白石结构的光电密度可以达到0.394mA·cm-2,光电转化效率达到0.809%。在二氧化硅溶胶模板和胶体微球模板的共同辅助下,采用水热法制备了ZnO线阵多孔结构,并对其光学特性进行了研究。
【关键词】：模板 ZnO微米棒阵列 ZnO反蛋白石 ZnO线阵多孔结构
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.21;TB383.1
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 ZnO半导体材料简介11-16
• 1.1.1 ZnO的晶格结构11-12
• 1.1.2 纳米ZnO性质12-16
• 1.2 有序微纳ZnO阵列结构16-20
• 1.2.1 阵列模板的制备方法16-18
• 1.2.2 ZnO阵列结构的制备方法18-20
• 1.3 ZnO多孔结构20-22
• 1.3.1 多孔模板的制备方法20-21
• 1.3.2 ZnO多孔结构的制备方法21-22
• 1.4 本论文主要研究的内容22-23
• 2 光刻胶模板辅助下ZnO的融合生长及光电性能研究23-53
• 2.1 光刻胶模板辅助下ZnO棒的生长23-29
• 2.1.1 磁控溅射ZnO籽晶层薄膜的制备23
• 2.1.2 磁控溅射ZnO籽晶层薄膜性能表征23-25
• 2.1.3 光刻胶模板辅助制备ZnO棒阵列25-29
• 2.2 自融合生长ZnO棒的光学性能29-45
• 2.2.1 不同浓度柠檬酸钠作辅助剂生长的ZnO棒的光致发光29-31
• 2.2.2 不同浓度聚乙醇胺作辅助剂生长的ZnO棒的光致发光31-32
• 2.2.3 一步生长不同尺寸的ZnO棒的光致发光32-34
• 2.2.4 两步生长不同尺寸的ZnO棒的光致发光34-36
• 2.2.5 两步生长、Zn源加倍不同尺寸的ZnO棒的光致发光36-38
• 2.2.6 单晶ZnO衬底、两步生长不同尺寸的ZnO棒的光致发光38-40
• 2.2.7 不同反应时间生长的ZnO棒的光致发光40-42
• 2.2.8 不同锌源浓度生长的ZnO棒的光致发光42-43
• 2.2.9 两步二次生长的ZnO棒的光致发光43-45
• 2.3 ZnO/Cu_2O、ZnO/p-Si复合结构的电学性能45-52
• 2.3.1 ZnO/Cu_2O异质结电学性能46-49
• 2.3.2 ZnO/p-Si异质结电学性能49-52
• 2.4 本章小结52-53
• 3 胶体微球辅助下水热制备ZnO反蛋白石及光学性能和催化性能研究53-75
• 3.1 水热法制备ZnO反蛋白石53-60
• 3.1.1 多层PS微球模板的制备53-54
• 3.1.2 预溅射ZnO籽晶层衬底上制备ZnO反蛋白石54-60
• 3.2 水热法制备的ZnO反蛋白石的光学性能60-65
• 3.2.1 水热法制备的ZnO反蛋白石的反射光谱60-61
• 3.2.2 水热法制备的ZnO反蛋白石的光致发光61-65
• 3.3 ZnO/TiO_2复合结构的光催化性能65-73
• 3.3.1 ZnO/TiO_2复合结构的制备65-66
• 3.3.2 ZnO/TiO_2复合结构的光电流测试66-68
• 3.3.3 不同反应时间制备的ZnO/TiO_2复合结构的光电流特性 5768-69
• 3.3.4 有无柠檬酸钠制备的ZnO/TiO_2复合结构的光电流特性 5869-70
• 3.3.5 多孔结构和棒状ZnO/TiO_2复合结构的光电流特性70-71
• 3.3.6 不同衬底制备的ZnO/TiO_2复合结构的光电流特性71-72
• 3.3.7 不同浓度前驱体制备ZnO/TiO_2复合结构的光电流特性 6172-73
• 3.4 本章小结73-75
• 4 模板辅助下ZnO线阵多孔组合结构的制备及光学性能研究75-84
• 4.1 单层PS胶体微球模板的制备75-76
• 4.2 单层有序SiO_2胶模板的制备76-78
• 4.3 ZnO线阵结构的制备78-79
• 4.4 ZnO线阵多孔结构的制备79-83
• 4.5 本章小结83-84
• 5 结论84-85
• 参考文献85-88
• 作者简历88-90
• 学位论文数据集90

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