孔狀納米氧化鋅的制備及電致發(fā)光行為研究.pdf

1、自1996年香港科學家首次報道了ZnO薄膜室溫下的近紫外光泵浦受激光發(fā)射以來，ZnO作為人們獲得藍/紫外發(fā)光和激光的新型半導體光電子材料，其受激發(fā)射行為的研究已成為國際前沿領域的熱點課題。相對于光泵浦激勵下的受激發(fā)光而言，電泵浦激勵的光電裝置因其結構簡單、發(fā)光均勻、耗電量小等優(yōu)點而更具實用性。盡管目前對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獲得ZnO的p-n結來實現ZnO薄膜材料的電致發(fā)光。而對于制

2、備方法較簡單的ZnO納米粉體材料的電致發(fā)光行為研究卻鮮見報導。本文在前期工作的基礎上，對材料進行微觀結構設計，然后通過化學工藝的選擇和調整獲得兩種孔狀納米ZnO材料，并對材料的電致發(fā)光性能進行了研究，得到了一些主要的研究結果。 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sol-gel法制備ZnO納米粉末的工藝作了兩大改進，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)光強度提高了4.68倍、ODA處理的樣品的發(fā)光強度提高了0.71倍；采用真空加熱法使凝膠沉淀后，使發(fā)光中心的位置出現了明顯的藍移，由原來的550nm移至520nm。 (2)采用模板劑ODA、P123和F-127得到的多孔ZnO前驅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，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)光強度達到最大；其中，與未經模板劑處理的純ZnO晶體粉末相比，F-127作用下發(fā)光強度提高最大，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)光強度的顯著

5、提高是由于模板劑引入后得到了多孔結構的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空心球的制備過程及原理，最后對空心球的電致發(fā)光性能進行了測試。得出如下結論： (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)劑濃度及反應體系的乳化程度是影響產物粒徑及分布的重要因素。 (2)用平均粒徑

6、為500nm的PSt球為模板，通過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模板，同時使Zn5(CO3)2(OH)6轉化為ZnO并結晶，得到了ZnO空心球。在該過程中，表面帶有負電荷的PSt模板和ZnO前驅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)光性的關鍵。 (3)對ZnO空心球進行的電致發(fā)光性能研究發(fā)現，ZnO空心球在外場下受激發(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)生了明顯的藍移，且強度明顯提高。這可能是由ZnO空心球的特殊結構及表面狀態(tài)引起的。 三、在對ZnO納米棒的制備改進中，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，但長度變化不明顯。 由上可見，利用材料微觀結構設計的物理指導思想，制備孔狀結構的納米半導體材料，可為粉末電致發(fā)光性能的提高，甚至是電泵浦激光發(fā)射的實現，提供一條