強發(fā)光納米ZnO的模板法制備及燒結工藝研究.pdf

1、近年來，寬禁帶半導體在實現(xiàn)短波長光學器件和短波長激光發(fā)射上受到人們的普遍關注。作為候選材料之一的ZnO為纖鋅礦六方結構直接帶隙半導體，室溫下禁帶寬度為3．37eV，激子結合能為60meV，室溫下不易被熱激發(fā)，具備了室溫下發(fā)射短波長光的必要條件。不僅如此，ZnO還具有較高的導電性能，且化學穩(wěn)定性好，材料來源豐富，價格低廉。這些特點使得ZnO成為一種優(yōu)良的制備光電子器件的材料。 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

2、是這些研究大多是基于摻雜技術獲得ZnO的p-n結來實現(xiàn)ZnO薄膜材料的電致發(fā)光。而對于制備方法較簡單的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，對原材料配比和工藝路線進行了改進，系統(tǒng)研究了直流電場下ZnO粉末的電致發(fā)光特性以及前驅體材料的介孔結構對于ZnO粉末電致發(fā)光強度的影響，獲得了一些有意義的結果。 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

3、改進，并將ODA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。結論如下： 1．通過正交實驗對原有工藝進行改進，得到了ZnO粉末前驅體最佳制備條件：即在鋅離子與氫氧化鋰摩爾比為1：1.4；氫氧化鋰控制在2-3小時滴加完畢，體系繼續(xù)在冰浴攪拌下(小于4℃)反應4-6小時，使其充分反應；再經真空干燥處理。 2．討論不同模板劑和用量制備得到的ZnO對電致發(fā)光強度的影響；與未經模板劑處理得的純ZnO晶

4、體粉末的發(fā)光性質相比，在各模板劑的最佳用量(ODA0.516mmol和F-1270.15mm01)下，F(xiàn)-127作用的樣品的綠光的發(fā)光強度提高較大，發(fā)光峰值提高了5.6倍、總發(fā)光能量提高5.8倍；ODA的作用較小，使峰值提高了2.8倍、發(fā)光能量提高了2.6倍。 3．通過對ZnO的前驅體的煅燒，發(fā)現(xiàn)燒結工藝是影響納米ZnO粉末的電致發(fā)光性能重要的原因之一，并得出以下幾點結論：①以ODA為模板劑的ZnO凝膠經過燒結過程，發(fā)現(xiàn)不同燒結

5、條件下ZnO樣品的電致發(fā)光譜中呈現(xiàn)綠光輻射峰和紅光輻射峰；并且隨著燒結條件的變化，紅光和綠光峰值分別顯著增大。②對F-127為模板劑的ZnO制備工藝進行改進，對所的樣品進行電致發(fā)光性能測試，在不同反應條件下所得ZnO粉末呈現(xiàn)出綠光和橙光不同的輻射，并且峰值隨電壓增加而明顯增高。 4．綠光、紅光及橙光的發(fā)光機理都與樣品中的氧缺陷的數(shù)量密不可分的。通過不同方式的退火及相應粉末的電致發(fā)光測試，證實了ZnO綠色光輻射來自與氧空位形成的施