透明導電半導體氧化物納米線的制備、結構表征及發光性能研究.pdf

1、近年來，透明導電半導體氧化物材料(TCOs)吸引了人們的廣泛關注，它在納米規模的電子元件和光電器件等方面具有潛在應用價值和廣闊應用前景，其納米結構如納米線、納米棒、異質結、納米薄膜和納米顆粒等都是人們研究和開發的熱點。本文采用熱蒸發的方法制備出了錫酸鋅(Zn2SnO4)、摻錫氧化銦(ITO)和摻Sn的氧化鎵(Sn：Ga2O3)等一維半導體納米材料，并利用場發射掃描電鏡(FE-SEM)、X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、高分辨透射

2、電鏡(HRTEM)、能譜(EDS)以及光致發光譜(PL)等分析測試手段，對所合成的納米材料的形貌、成分、結構和物性進行了研究，發現了一些獨特的新的納米結構。根據測試結果探討了不同形貌納米結構的形成原因和生長機制，并對其發光性質的做了進一步的分析。以下是本文的主要研究結果： 1.ITO納米線的合成與發光性能研究通過熱蒸發的方法，在850℃的設定溫度下合成了大量均一的ITO納米線。X射線衍射分析表明產物主要由SnO2和In2O3組成

3、，掃描電鏡觀察表明該納米線形貌。認為這些納米線的生長遵循氣-固(VS)生長機制。在室溫光致發光譜中，觀察到了兩個峰，一個峰值為418nm，屬于紫外光區，另一個峰值為505nm，屬于綠光區。相對于In2O3納米線的峰位，發生了紅移。主要是由于內部應力及大量的缺陷存在造成的。 2.熱蒸發法合成Zn2SnO4納米線的制備及研究在氬/氫的混合氣氛下，采用熱蒸發ZnO和SnO的混合粉末方法合成出高產率的單晶Zn2SnO4納米線，實驗過程中

4、未采用催化劑和襯底。對產物進行了XRD、SEM、HRTEM的測試，表明所合成的納米線有良好的單晶結構，大約五十至幾百個納米寬，幾十個微米長，[311]是納米線的主要生長方向。自催化VLS生長機制被認為是納米線的主要生長機理。適宜的溫度和相對單一的反應源是成功制備Zn2SnO4納米線的關鍵。在室溫下的Zn2SnO4納米線光致發光譜顯示，該種納米材料具有一個較寬的發光帶，發光峰中心的峰值為580nm。 3.摻Sn的Ga2O3納米結構

5、的合成及研究在氬氣保護氣氛下，1000℃熱蒸發SnO和Ga2O3的混合粉末制得多種納米結構，所獲得的納米線直徑在80-200nm范圍內。在產物中發現獨特的SnO2：Ga2O3異質納米梳結構，該結構的生長機制經過分析遵循VS生長機制；而納米線則遵循VLS生長機制。產物的光致發光譜中有一個寬的黃綠光帶，峰值為585nm，Sn組分的添加在一定程度上改進了Ga2O3的材料特性，發現摻雜雜質、表面態和缺陷態是影響Ga2O3發光的主要因素。