化学气相法制备ZnO晶体工艺及生长机理

发布时间：2020-02-05 12:31

【摘要】：ZnO是一种集光电、压电、气敏、压敏等性能于一身的多功能材料。而且随着近年来,ZnO纳米线、纳米带、晶须等形态ZnO的成功制备,不仅其原本的性能得到提高,而且表现出一些独特、新奇的性质。在各种功能信息材料中,ZnO极具发展潜力,有着广泛的应用前景。如何控制ZnO的结晶形态是目前实现ZnO工业生产需要解决的主要问题。ZnO多姿的结晶形态已经成为ZnO研究的热点。 本论文采用化学气相法制备了氧化锌晶体,通过对原料、实验设备、预热温度、反应温度、保温时间、气体流量的考察,总结出各个工艺条件对晶体生长的影响规律,实现对氧化锌晶体的可控生长。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对各种形态的产物进行成分、形貌和结构的表征,并对氧化锌晶体的光学特性进行了初步的研究。 以锌颗粒为原料时,能获得形貌较好的氧化锌晶体;当炉膛的预热温度在400~500℃,反应温度在1100℃时,能够获得微米级氧化锌晶体。随着保温时间的增加,晶体尺寸也随着增加,由于受限于反应设备和原料的量,当保温时间超过5小时,晶体尺寸及产量没有明显的提高。获得的氧化锌晶体具有很好的结晶特性。在不同的外部条件下,生长出了颗粒状、针状、棒状、铅笔状、刺猬状、多针状、叶片状、梳状、螺旋桨状、四角状等形貌丰富的氧化锌晶体。从氧化锌晶体的光致发光谱可知,其具有近紫外发光特性及绿光特性。氧化锌晶体在紫外光催化下,降解甲基橙的降解率可达到60%。 分别从晶体学、晶体生长动力学、晶体生长热力学等方面,结合实验条件,对氧化锌晶体的生长过程进行描述。氧化锌晶体的生成过程包括成核、晶体的轴向生长、晶体的径向生长、停止生长四个阶段。
【图文】：

从而导致配位数和键性的变化，其化学键的类型介于离子键与共价键之间。目前已知ZnO材料可能存在的晶型有三种：NaCl型结构(如图1.1a)，闪锌矿结构(如图1.1b)和纤锌矿结构(如图1.1c)。在热力学稳定的常温常压环境中，ZnO的存在形式是纤锌矿晶体结构(WZ)，属于六方晶系，，P63mc空间群。在其晶体结构中，O2-离子按六方紧密堆积排列，Zn2+离子充填于二分之一的四面体空隙中，Zn2+离子的配位数为4

1 绪3图1.2所示为六方纤锌矿氧化锌晶体中原子的空间排布示意图，图中可以看到，氧化锌晶体本身两种电性的离子产生了带正电荷的Zn2++(0001)面和带负电荷的O2--(0001)面，从而导致了垂直于(0001)面的耦合运动，以及伴随着Z轴的极化运动引发的表面能分化。通常极性面会表现出强大的表面重组现象，但是氧化锌的(0001)面比较特殊，它不经过重组也能稳定存在；在对氧化锌晶体(0001)面的研究中，已经证明氧化锌(0001)面的稳定地存在不像NiO那样靠吸附其它原子而稳定，也不存在大范围的晶体结构重排；目前大家认为氧化锌(0001)面稳定的原因有：一是靠晶层之间的电子驰豫实现电子从-(0001)向+(0001)方向转移而稳定；二是在氧化锌的(0001)面存在Zn2+原子缺陷
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：O781

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 周晓红,赵秀琴;氧化锌光催化降解六种可溶性染料的研究[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2003年02期

2 宋洋,阎研,邢英杰,俞大鹏,张树霖;ZnO纳米管的拉曼光谱学研究[J];光散射学报;2004年02期

3 徐彭寿,徐彭寿,孙玉明,施朝淑,徐法强,潘海斌,施朝淑;ZnO及其缺陷电子结构对光谱特性的影响[J];红外与毫米波学报;2002年S1期

4 蒋向东,张怀武,黄祥成;透明导电半导体ZnO膜的研究[J];应用光学;2002年02期

5 郭宝增;用全带Monte Carlo方法模拟纤锌矿相GaN和ZnO材料的电子输运特性[J];物理学报;2002年10期

6 阎研,屈田,王建朝,张树霖,郝少康,X.BZHang,袁方利,黄淑荣;CdSe和ZnO量子点的拉曼光谱研究[J];光散射学报;2003年02期

7 李春萍;郭林;王广胜;吕玉珍;徐惠彬;;ZnO纳米棒的拉曼和发光光谱研究(英文)[J];光散射学报;2006年01期

8 刘文静 ,樊惠玲 ,李春虎 ,郭汉贤;CO对ZnO脱硫行为的影响[J];太原科技;2001年06期

9 颜建锋,梁红伟,吕有明,刘益春,李炳辉,申德振,张吉英,范希武;利用P-MBE在Si(111)衬底上生长氧化锌薄膜及其光学性质的研究[J];红外与毫米波学报;2004年02期

10 张萌;王应民;徐鹏;蔡莉;李禾;程国安;刘庭芝;;用锌有机源和CO_2/H_2混合气源PECVD沉积ZnO薄膜[J];光学学报;2006年04期

相关会议论文 前10条

1 江浩;顾锋;李春忠;;水含量对溶剂热合成ZnO微结构的影响[A];中国颗粒学会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集（上）[C];2008年

2 沈伟;彭德全;沈晓丹;;先进无机材料表面的金属化—ZnO薄膜技术[A];全国第六届SMT/SMD学术研讨会论文集[C];2001年

3 沈伟;彭德全;沈晓丹;;先进无机材料表面的金属化——ZnO薄膜技术[A];2001年全国电子电镀年会论文集[C];2001年

4 王齐;周大成;邱建备;;稀土掺杂ZnO材料的发光特性研究进展[A];战略性新兴产业的培育和发展——首届云南省科协学术年会论文集[C];2011年

5 吴尝;朱克荣;周广东;;ZnO纳米晶的拉曼光谱[A];第十五届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2009年

6 张铮;黄运华;李萍;廖庆亮;张跃;;基于ZnO纳米阵列的应力传感器构建及性能测试[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

7 周小芳;;准单晶ZnO薄膜的制备及其光学特性研究[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年

8 朱瑞;许宏钧;孙杨慧;张敬民;陈莉;徐军;俞大鹏;;原位观察单根ZnO纳米线同质外延生长[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

9 万正芬;徐天宁;吴惠桢;原子健;邱东江;;ZnO薄膜光致发光的表面等离子体增强效应[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集（上册）[C];2009年

10 郭冠军;罗莉;戴强钦;黄方映;姚丽丽;;多孔氧化铝模板制备ZnO及其发光性能的研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集（第一卷）[C];2011年

相关重要报纸文章 前7条

1 本报记者 梁红兵;关注超高亮度LED产业化[N];中国电子报;2002年

2 本报记者 李宏乾;纳米涂料：大力发展 谨慎宣传[N];中国化工报;2002年

3 张军民邋高鹏飞;纳米氧化锌在断奶子猪饲料中的应用[N];中国畜牧兽医报;2008年

4 记者 赵伟 通讯员 郑原驰;2008年度全省科技进步奖揭晓[N];长春日报;2008年

5 郑原驰　记者 李林岩;省科学技术进步奖揭晓[N];吉林日报;2008年

6 韩文;韩国使用高效光催化活性剂制造抗菌陶瓷[N];中国包装报;2009年

7 记者魏公铭;氧化锌纳米颗粒杀菌分子机理取得新进展[N];中国食品报;2011年

相关博士学位论文 前10条

1 汤琨;ZnO中的杂质行为与p型掺杂[D];南京大学;2011年

2 张晓;ZnO基宽禁带稀磁半导体材料的制备及性能研究[D];南开大学;2010年

3 刘洋;过渡元素掺杂ZnO稀磁半导体的制备及性质研究[D];江苏大学;2011年

4 隋瑛锐;共掺杂p型ZnO和富氮Zr-N薄膜的制备、性能及表征[D];吉林大学;2010年

5 陈韬;ZnO薄膜的制备及其晶体管性能研究[D];复旦大学;2010年

6 胡懿;氧氩比和氢离子注入对ZnO薄膜微结构及光学性能的影响[D];武汉大学;2010年

7 李永峰;ZnO薄膜及其光电子器件中的晶格失配与应力问题研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2010年

8 杨通;P型ZnO薄膜的制备及其结构、光学和电学性质的研究[D];吉林大学;2011年

9 高世勇;ZnO薄膜和纳米结构的制备及其特性研究[D];吉林大学;2010年

10 刘伟景;ZnO稀磁半导体低维结构的制备和性能研究[D];华东师范大学;2010年

相关硕士学位论文 前10条

1 范晓玲;磁控溅射法制备ZnO薄膜及光电导探测器的研制[D];山东理工大学;2010年

2 锁雅芹;Na-Mg共掺杂ZnO薄膜的结构及光学性质研究[D];兰州大学;2010年

3 谢炜;ZnO与TiO_2的光催化及其光电转换耦合性能的比较[D];武汉理工大学;2010年

4 吕金鹏;Al~（3+）掺杂抗静电改性ZnO颜料制备及其质子辐照效应[D];哈尔滨工业大学;2010年

5 马金雪;ZnO超长微米线的制备及光学性质的研究[D];大连理工大学;2011年

6 孙开通;ZnO超长微米线制备及其在压电应力传感器方面的应用[D];大连理工大学;2010年

7 刘淑洁;水热法制备六方柱状ZnO微晶的形貌、结构与光催化性能[D];武汉理工大学;2011年

8 陈慧;ZnO薄膜和异质结构的光电性能研究[D];南京大学;2011年

9 尉静;ZnO薄膜和纳米晶须的制备及性能研究[D];山东师范大学;2010年

10 何俊刚;ZnO光电导纳米材料及其半导体性质研究[D];广州大学;2010年

本文编号：2576640