氧化锌纳米线的制备和光电性质的研究

发布时间：2017-08-26 12:43

  本文关键词：氧化锌纳米线的制备和光电性质的研究

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【摘要】：氧化锌(ZnO)是一种重要的Ⅱ-Ⅳ族半导体化合物,具有直接宽带隙(3.37eV)、高激子束缚能(60meV)、良好的机电耦合性能和热稳定性、生物兼容性高、原料丰富、无毒无污染、价格低廉等优点。而一维的ZnO纳米材料在力学、光学、电学、磁学等方面具有比块体材料更加优异的性能,在光电、传感器、光伏、光催化、场发射等领域具有巨大的应用前景。ZnO具有六方纤锌矿晶体结构以及在c轴方向有较低的表面自由能,与其他一维材料相比,ZnO更容易形成一维纳米线,而且制备工艺相对简单,有利于制备器件并产业化。因此ZnO纳米线材料具有很大的潜在应用价值。本论文利用脉冲激光法(PLD)和气相沉积法(CVD)制备一维的ZnO纳米线,并研究了其制备工艺、光催化性能以及N掺杂。本论文主要从以下三个方面进行了研究：(1)研究了通过CVD法制备ZnO纳米线的工艺,通过大量的文献调研以及多次实验结果的对比和分析获得了最佳的制备ZnO纳米线的工艺,为后续的实验研究打下了良好的基础。(2)通过两步法在石英玻璃衬底上制备了ZnO纳米线/Al掺杂的ZnO/ITO (Nws/AZO/ITO)异质结光催化剂。为了作比较,我们同时也通过相同条件和方法制备了ZnO纳米线/Al掺杂的ZnO (Nws/AZO)光催化剂。通过一系列的测试研究了这两个样品的光催化性能。结果表明,和Nws/AZO相比,Nws/AZO/ITO具有增强的光催化性能,这是由于ITO层的引入使得光生电子被ITO层收集,抑制了光生电子空穴的复合,从而增强了Nws/AZO/ITO的光催化性能。(3)先通过脉冲激光沉积法(PLD)在高温氧化的Si衬底上制备了n型导电的Al掺杂的ZnO薄膜(AZO),然后通过气相沉积法(CVD)在AZO上制备了N元素掺杂ZnO纳米线,构建成了ZnO同质p-n结。并研究了器件的伏安特性曲线。
【关键词】：ZnO纳米线 气相沉积法 光催化 N掺杂
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O614.241;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 ZnO材料的简介9-17
• 1.1.1 ZnO的基本性质9-11
• 1.1.2 ZnO的能带结构11-12
• 1.1.3 ZnO的电学性质12-15
• 1.1.4 ZnO的光学性质15-17
• 1.2 一维ZnO纳米线阵列的应用以及研究进展17-23
• 1.2.1 光催化剂18-19
• 1.2.2 电致发光器件19-21
• 1.2.3 光伏器件21
• 1.2.4 压电器件21-22
• 1.2.5 气体传感器22-23
• 1.3 本论文组织结构23-25
• 第二章 ZnO纳米线的制备及表征方法25-34
• 2.1 ZnO纳米线的主要制备方法25-29
• 2.1.1 气相沉积法25-28
• 2.1.2 液相法28-29
• 2.2 表征方法29-32
• 2.2.1 X射线衍射仪分析30
• 2.2.2 扫描电子显微镜30-31
• 2.2.3 光致发光光谱分析31
• 2.2.4 紫外可见光吸收光谱分析31-32
• 2.2.5 伏安特性曲线测试系统32
• 2.3 本论文中使用到的主要设备32-34
• 2.3.1 脉冲激光沉积系统(PLD)32-33
• 2.3.2 化学气相淀积系统(CVD)33-34
• 第三章 ZnO纳米线的制备工艺研究34-39
• 3.1 引言34
• 3.2 实验部分34-35
• 3.2.1 样品制备方法34-35
• 3.2.2 样品表征技术35
• 3.3 实验结果分析与讨论35-38
• 3.3.1 ZnO纳米线的XRD35-36
• 3.3.2 ZnO纳米线的SEM形貌36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 ZnO纳米线的光催化39-50
• 4.1 引言39
• 4.2 实验部分39-49
• 4.2.1 样品制备39-40
• 4.2.2 样品表征40-47
• 4.2.2.1 样品形貌40-41
• 4.2.2.2 晶体结构41-42
• 4.2.2.3 光催化性能测试实验42-47
• 4.2.3 样品Nws/AZO/ITO光催化增强的机制47-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第五章 ZnO纳米线的N元素掺杂50-55
• 5.1 引言50-51
• 5.2 实验部分51
• 5.2.1 ZnO纳米线的N掺杂51
• 5.3 实验结果分析与讨论51-53
• 5.3.1 ZnO纳米线的XRD51-52
• 5.3.2 ZnO纳米线的SEM形貌和成分52
• 5.3.3 ZnO同质p-n结的整流特性及电致发光52-53
• 5.4 本章小结53-55
• 第六章 总结与展望55-57
• 6.1 总结55
• 6.2 展望55-57
• 致谢57-59
• 参考文献59-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文67

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本文编号：741572