纳米材料表面效应的研究

利用表面效应增强纳米材料的发光性能。通过扫描电镜、光致发光等方法深入研究了表面修饰对ZnO纳米材料发光性能的影响。在ZnO纳米带上溅射Au纳米颗粒,可有效增强其近带边发光,并使可见发光强度发生淬灭,从而增强ZnO纳米带的发光性能,紫外发光与深能级发光的强度比增加到111.0。利用退火处理改变了界面处Au纳米颗粒的分布,详细地探讨了Au-ZnO复合材料的发光机制。     

AZO种子层对ZnO纳米棒结构和光致发光性能的影响

采用水热法以不同溅射时间(5~25min)制备的AZO种子层载玻片为衬底,制备出具有较好光致发光性能的ZnO纳米棒.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光谱(PL)表征了样品的晶体结构、表面形貌和光致发光性能.结果表明:AZO种子层对ZnO纳米棒起到了很好的导向作用,使c轴取向更好,实现对生长方向的控制.AZO种子层的溅射时间对纳米棒的PL谱有重要影响,在一定范围内随着溅射时间的增加,ZnO纳米棒的近紫外发光峰有明显的增强,深能级发光峰有一定的减弱.当溅射时间为15min时,PL谱显示紫外发光峰强度最大,光致发光性能最佳.     

Au纳米粒子对ZnO分级结构的气敏特性影响

采用化学浴法制备了花形ZnO纳米棒簇，将平均粒径约40 nm的Au纳米粒子引入ZnO表面得到不同Au修饰量的Au/ZnO复合结构.Uv-vis吸收光谱表明，在Au和ZnO之间存在着作用力使Au的吸收光谱产生红移，这种作用力的存在使复合结构的气敏性能得到了较显著的改善.当Au修饰的质量分数为6%时，复合材料的气敏性能最高，对丙酮气体的灵敏度较纯ZnO提高了约17倍.     

掺杂量对ZnO:Tb复合薄膜的形貌和光学性能的影响

采用的两步法--先溅射成膜,后退火处理的工艺成功制备了ZnO:Tb复合薄膜,结合XRD、SEM、PL等手段研究了掺杂量对薄膜结构和形貌的影响.发现掺杂量为4.16%时,ZnO:Tb薄膜表面形成新奇T-A-ZnO结构以及不同直径和长度的螺纹状纳米棒;同时出现378 nm和387 nm两个较强的紫外发光峰,以及中心波长位于515 nm的强绿光峰.     

掺杂量对ZnO∶Tb复合薄膜的形貌和光学性能的影响

采用的两步法——先溅射成膜,后退火处理的工艺成功制备了ZnO:Tb复合薄膜,结合XRD、SEM、PL等手段研究了掺杂量对薄膜结构和形貌的影响.发现掺杂量为4.16%时,ZnO:Tb薄膜表面形成新奇T-A-ZnO结构以及不同直径和长度的螺纹状纳米棒;同时出现378 nm和387 nm两个较强的紫外发光峰,以及中心波长位于515 nm的强绿光峰.     

理论模拟氧化锌纳米棒的表面复合速率

表面复合是严重影响纳米结构半导体发光性质及器件性能的重要因素之一.氧化锌(ZnO)因其具有优异的光电性质和物化稳定性在太阳能电池和发光二极管等光电器件领域展现出巨大的应用前景.本文利用MATLAB程序求解扩散方程,对化学水浴沉积法合成的ZnO纳米棒的表面复合速率进行理论模拟计算.与实验结果相结合,揭示表面复合对ZnO纳米棒发光性质的影响.     

溅射气压对ZnO薄膜生长、发光性能和结构的影响

沉积缺陷少、晶粒高度c轴择优生长的ZnO薄膜是制备短波发光器件和压电谐振传感器的关键问题之一.以ZnO为靶材,采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备纳米ZnO薄膜,实现了室温下强的紫外受激发射和弱的深能级发射.通过对薄膜表面形貌的观测, 以及对X射线衍射(XRD)谱和室温光致发光(PL)谱的分析,研究了不同溅射气压对ZnO薄膜生长、结构和发光性能的影响.结果显示溅射气压在1.9 Pa-3.5 Pa之间,晶粒直径先增大后减小,在2.6 Pa时晶粒生长到最大;在3.2 Pa时薄膜单一取向性最优,以此推断最佳的溅射气压在2.6 Pa-3.2 Pa之间.实验在玻璃衬底上制备出了XRD衍射峰半高宽仅为0.12°的、高度c轴择优生长的ZnO薄膜.     

ZnO纳米线PL光谱性质改善的研究

采用CVD方法在管式炉中生长了ZnO纳米线, 并通过SEM、TEM和PL光谱仪表征了其形貌、结构及光谱性质。利用Au表面等离激元共振与材料的相互作用, 在ZnO纳米线表面镀上Au膜, 发现其对ZnO纳米线的PL光谱有明显的改善, 纳米线本征发光增强20倍左右, 缺陷发光有显著的减弱。通过高温退火, 结果显示ZnO纳米线的本征发光和缺陷发光之间存在很强的竞争, 在入射光功率一定的条件下, 高温退火后ZnO纳米线的本征发光明显地减弱, 缺陷发光显著地增强。对退火后的ZnO纳米线镀上Au膜, 发现其本征发光增强了30倍左右。这些结果比现有的报道有显著提高。     

氢等离子体处理对ZnO纳米棒光学性能的影响

用水热法在石英玻璃衬底上制备出ZnO纳米棒,并对其进行氢等离子体处理。用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计和光致发光光谱仪对氢等离子体处理前后ZnO纳米棒的形貌、结构和光学性能进行了表征。结果表明,氢等离子体处理未对ZnO纳米棒的形貌和晶体结构产生影响,但随着氢等离子体处理时间的增加,ZnO纳米棒的光吸收带边发生蓝移,同时其近带边紫外发光峰逐渐增强,可见发光峰逐渐减弱。     

三维结构Au-ZnO-Au复合纳米棒调控制备及其SERS性能研究

为获得具有三维高密度热点分布的SERS活性基底材料,提出一种高效构筑具有高密度热点效应基底材料的方法,即以气/液界面法组装制备聚(苯乙烯-co-N-异丙基丙烯酰胺)@聚丙烯酸(PSN@PAA)二维胶体晶体。通过离子溅射法组装纳米Au粒子层得到大面积沉积Au纳米粒子层的胶体晶体Au复合基底材料,再以PSN@PAA/Au复合膜为基底,利用水热法在其表面调控生长ZnO纳米棒结构。进一步在PSN@PAA/Au-ZnO表面组装纳米Au,获得具有三维高密度热点分布的PSN@PAA/Au-ZnO-Au活性基底材料。以罗丹明6G(R6G)分子为探针分子进行SERS性能研究,结果表明：拉曼信号强度随ZnO纳米棒高度的增加而增强。基底对罗丹明6G的检出限为10^-10mol/L,主要拉曼峰强度的RSD约为10.23%,该基底具有很好的检测灵敏性和重复性。     

SiO_2/Si衬底上Au纳米颗粒制备的研究

采用射频磁控溅射结合快速热退火的方法在SiO_2/Si衬底上制备Au纳米颗粒,研究了溅射条件、退火温度对Au纳米颗粒的尺寸及其分布的影响.结果表明,对于溅射后呈现分立且尺寸较小的Au纳米颗粒样品,其具有较好的热稳定性,而对于溅射后Au近似成膜的样品,Au颗粒随着退火温度的升高先减小后增大再减小,认为这是由于退火过程中存在着应力释放与表面能最小化2种竞争机制共同作用的结果;通过降低溅射功率,最终制备得到高密度(1.1×1012 cm-2)、小尺寸(5nm)的Au纳米颗粒,并有望在金属纳米晶半导体存储器中得到应用.     

无定型二氧化硅包裹的Au纳米棒(Aunanorod@mSiO2)的合成条件优化

目的 合成Au纳米棒,并以Au纳米棒为核心,合成复合纳米结构(Au_nanorod@mSiO_2)并优化合成条件。方法 首先采用种子生长法制备Au纳米棒,合成的长径比为4.8;然后,将正硅酸乙酯在碱性条件下进行水解,在常温下,调节pH值在9~10之间,低速搅拌的条件下,借助于自组装技术,在Au纳米棒表面可以形成不同厚度二氧化硅层。利用透射电镜（TEM）,X射线衍射（XRD）和紫外吸收光谱表征复合纳米粒子。结果 所合成的纳米粒子经TEM表征,展示了层次分明的核壳结构,Au作为核心,二氧化硅层作为外壳层。XRD表明复合结构中存在Au的衍射峰与二氧化硅衍射峰。通过紫外吸收光谱表明,随着二氧化硅层厚度的增加,吸收峰发生红移现象。结论 在优化条件下可合成不同二氧化硅层厚度的复合纳米粒子Au_nanorod@mSiO_2。     

Au纳米耦合结构表面等离激元的EELS分析

应用透射电子显微镜中电子能量损失谱仪(TEM-EELS),对电子束激发的单晶Au纳米线耦合结构及单晶/多晶纳米薄膜的表面等离激元(SPs)特征进行分析.结果表明:直径约为10 nm的两单晶Au纳米线平行耦合时,单根纳米线和耦合结构中均存在位于2.4 eV 的SPs共振,耦合结构中SPs的纵模数增加;单晶及多晶Au纳米薄膜在1.4 eV附近存在SPs模式,相较于单晶薄膜,多晶Au纳米薄膜的SPs共振峰位出现明显红移.     

Au对于ZnO(0001)面上Zn空位的影响

ZnO因其独特的光学性能和良好的电学特性,成为近几年来半导体研究领域中人们关注的热点材料.而在纳米尺度下,ZnO材料的热学、光学、磁学和电学性质更是表现出许多奇异特性,在许多领域有着重要应用,产业化前景看好,成为目前极具开发潜力的材料.如何制备、生长、利用功能型纳米ZnO材料组装高性能的微电子器件已成为当今人们研究的焦点课题.气相沉淀法(VLS)法是目前制备ZnO纳米结构的常用方法,利用活性剂对ZnO纳米结构生长进行控制是其显著特点.如Au,Cu,In等作为活性剂在制备ZnO纳米结构中起着重要作用,深入地了解这些元素在ZnO纳米结构生长过程中的作用,对于了解表面活性剂控制下的ZnO纳米结构的生长机理有重要意义.Meyer作了关于Cu在ZnO表面的研究[1],Northup和Neugebauer研究了In/ZnO体系[2],我们小组也进行了Au在ZnO极性面上吸附的第一性原理研究[3].     

球形花状ZnO微-纳分级结构的制备及其光电化学性能

文章采用一种热蒸发的方法在镀有Zn膜的掺F的SnO2(FTO)导电玻璃上制备出球形花状ZnO微-纳米分级结构,利用SEM、XRD、PL等手段对球形微-纳米结构的形貌、成分和发光性能进行了分析。分析结果表明,球形花状六方纤锌矿ZnO微-纳米分级结构具有表面多孔特征,有利于染料的吸收。球形花状ZnO微-纳米结构存在近带边发射的近紫外发光(402nm)和来自于深能级缺陷的可见发光(460nm和500nm)。将所制备的样品作为光阳极组装成染料敏化太阳能电池(DSSC),该电池的转换效率η=0.67%,比以纳米棒、树枝状纳米结构、纳米梳作为光阳极材料的DSSC的转换效率要高,但是整体转换效率不高,这是由于晶体内部较多缺陷引起的。     

纳米氧化锌的水热法生长及其光学特性研究

利用水热法成功制备了纤锌矿结构的ZnO纳米小刺球结构．小刺球结构是由多片ZnO纳米晶在生长过程中自组装而成．随着反应溶液中S_2-的含量的增加,小刺球结构的尺寸逐渐变小．这是由S_2-在ZnO样品中引入的缺陷增多造成的,表明大量的缺陷会对形成小刺球结构的片状ZnO的有序生长机制造成影响．缺陷的增多对带边发光一直起到削弱的效果;但在一定程度上会增强ZnO可见光的发光强度,但更多的缺陷会导致非辐射复合中心的大量增加,在荧光光谱中表现为可见光发光强度随着反应溶液中S_2-的含量的增加而先变强再变弱．合理调整反应溶液中S_2-的浓度可以生长出合适紫外、可见光强度比的ZnO材料,这在半导体白光发光器件中具有潜在的应用价值．     

表面Au改性增强ZnO光阳极性能实验设计

设计了一种新型的半导体光电化学性能实验,该光电化学系统是由ZnO纳米棒阵列光阳极、Pt对电极、饱和甘汞参比电极以及电解液构成.首先,运用水热法在氟掺杂氧化锡（FTO）导电基体材料上生长结构有序的ZnO纳米棒阵列,然后采用光沉积的方法在ZnO纳米棒表面沉积适量纳米Au颗粒得到Au/ZnO纳米棒阵列.通过扫描电子显微镜分析材料的微观形貌,利用紫外-可见光漫反射吸收光谱、光电化学和电化学阻抗谱等方法测试分析ZnO光电极材料的各项性能.证实了通过在ZnO阵列上负载合适浓度的Au颗粒会显著改善其光电响应,降低其界面电荷转移电阻.该实验不仅能培养本科生严谨的科学研究态度,而且能开发其创新潜能,提高其解决复杂工程问题的能力.     

ZnO∶Ga和ZnO∶Co纳米结构双光子荧光特性

利用化学气相沉淀法(CVD),以Au为催化剂,在硅片衬底上制备出了纯ZnO与Ga掺杂ZnO和Co掺杂ZnO的纳米结构产物.对产物进行了物相分析与微观表征,并研究了双光子荧光特性.结果表明:样品均体现了较好的双光子光致发光性能;与纯ZnO纳米棒相比,Ga掺杂ZnO纳米棒在385nm波长处具有很强的紫外发射峰,在520nm波长处具有较强的绿光发射峰;Co掺杂ZnO纳米片在540nm波长处具有很强的绿光发射峰,在385nm波长处具有非常弱的紫外发射峰,且可见光发射强度增高.     

生长温度对S掺杂ZnO特性的影响

S掺杂在ZnO材料中引入Zn空位，会对可见光的发光起到增强的作用。利用水热法制备了纤锌矿结构的S掺杂ZnO，随着生长温度的提高，ZnO晶粒的尺寸由1.2 μm提高到了2.3 μm，样品由低温下各晶粒的均匀生长变为某些晶粒的优先生长模式。在荧光光谱中，紫外和可见发光均得到了增强，且可见光发光的增强要明显大于紫外发光，这表明生长温度的提高会改善晶体的质量，同时S的存在也将会使样品中的Zn空位迅速增多。S掺杂ZnO导致的可见光发光的增强可以使ZnO材料在可见光发光器件中得进一步到的应用。     

先驱物物质的量浓度对ZnO纳米棒阵列形貌及光学性能的影响

采用溶胶凝胶法在石英衬底上沉积ZnO纳米薄膜作为籽晶层,通过水热法在ZnO籽晶层上生长ZnO纳米棒阵列.结果表明:当先驱物物质的量浓度较低时,ZnO纳米棒方向性较弱;当先驱物物质的量浓度较高时,ZnO纳米棒呈现规则的方向性.ZnO纳米棒在390nm附近出现高强度的紫外发光,且发光强度随先驱物物质的量浓度的增大而增强.