氧 化 锌 量 子 棒.doc

氧 化 锌 量 子 棒黄鹏青海民族大学 物电院 08级电子（2）班应用物理学部门和应用数学、科学和工程学和材料的研究中心, 哥伦比亚大学,纽约，纽约10027，和功能纳米材料中心，美国布鲁克哈文国家实验室，11973纽约厄普顿，2003年12月收到。电子邮箱：氧化锌，氧化锌,是一种广泛的关于带隙基准半导体宽应用范围包括蓝/紫外（UV）光电器件及压电器件。,因为氧化锌奈米结构在紫外激光技术的应用的潜能，引起了人们的极大兴趣。大量重60 mV的氧化锌激子束缚能，使之成为室温激射一个有吸引力的候选材料，并且氧化锌纳米结构给低维提供了条件，进一步提高激光由于量子限制效应的可能性。在物理科学界，过去几年内对氧化锌纳米结构制造进行了研究并对它们的光学性能进行了优化。我们报告以醋酸锌在有机溶剂中的油酸的热分解而合成的新氧化锌纳米棒，它产生了直径2nm，长40-50nm的相对单分散氧化锌纳米棒（氧化锌量子棒）。径是一个数量级小于先前公布的氧化锌纳米棒由其他多种方法制备，并当和散装氧化锌晶体的光学性质比较会显示量子约束有力的证据。我们在过渡金属氧化物纳米晶合成的最新进展促进我们准备氧化锌纳米的实验。锌（二）酯（ZnAc2），三辛胺（TOA）时，油酸（OA），正己烷，丙酮，乙醇从奥尔德里奇高年级购买。在一个典型的反应，在室温下四mmol干醋酸锌（锌（CO2CH3）2，奥尔德里奇）被添加到含有15克毫升三辛胺和三油酸（12毫摩尔）的混合物中。由此产生的混合物迅速加热至286 C超过10-15分钟，混合物变为黄色的溶液。当温度维持在286 C间和氮气流1小时，该溶液逐渐变为黄色和少量的阴暗，这使得氧化锌纳米棒更均匀。这些微粒加入乙醇会沉淀，冷却到室温会分离并通过反复的用正己烷溶液和乙醇清洗沉淀。最终的产品是再分散的没有进一步的大小选择的正己烷。在透射电子显微镜下，在快速充入100KV的电压和X粉衍射条件下，锌氧化物纳米结构的特性被了解。透射电镜样品制备了一滴水将稀己烷色散晶态纳米表面之铜网格支持着400网格中,上面的真空室1小时。x射线衍射分析样品制备纳米分散的干燥一个己烷硅晶片上的一块。硅多种层次的杆都躺在晶圆片。 一个典型的x射线衍射分析模型（图一）显示了高度的结晶度,所有的山峰和布拉格反射匹配的标准纤维锌矿结构这个模式被使用的总体结构及分析软件,GSAS,更喜欢沿c轴增长的March Dollase模型(详情请见支持信息)。透射电子显微镜图像（图1）显示氧化锌纳米结构平均直径为2.2nm，平均长度为43nm,范围在40nm-5onm之间。量子杆聚集成独立的栈，他们与他们的长轴之间彼此平行,在所有的情况下,这可能在准备订购奈米棒基质、纳米氧化锌可能有用,当考虑到氧化锌为依托的光学应用。选定的区域（保存）电子衍射模式确定高度的结晶度超过很小( 0.01 im2)区域(图2b)显示每个杆高度水晶(可能),并且可以单晶的六边形索引结构鉴定采用x射线衍射(图1)。高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)布鲁克海文国家实验室进行了(JEOL 3000F)。我看到的晶格层开启,确定在纳米结晶度(见提供的信息).高分辨率投射电子显微镜允许测量精度的厚度在2.20.2 nm. 该侧规模相当重波相尔半径（1.8-2.0nm）在大量的氧化锌中。 图1.x射线粉末衍射模式的氧化锌纳米棒。合适的模式(点)是用GSAS和游行Dollase模型假设优先发展的c轴。图2（a）透射电子显微镜对自组装纳米2氧化锌纳米棒直径（插图：高清晰度图片显示了面向叠加;棒是黑的对比）。 （b）选择有aelectron衍射图氧化锌纳米棒为了确定棒潜在的独特光学特性，我们在溶液中进行了光学研究，并且观察了是否量子限制效应在光激发光中扮演重要角色。这个分散在乙烷中的氧化锌纳米结构都储存在一个石英细胞。在室温(RT) (PL)获得与激励的325海里发射He-Cd 10兆瓦的最大功率激光器(强度大约28 W /平方厘米)。在图3中,我们有这样的光激发光(固体)连同吸收(固体圈)。在3.53, 3.28, 3.07和2.57 eV下光激发光能很好的适合高斯曲线(虚线)的峰。三个这样的光激发光峰可能是因为氧化锌的缺陷(详情请见支持信息)。3.53eV的高峰接近第一吸收峰(3.55eV,图3, 插图)，从而可以指定给一个激子的过渡。在室温下，量子限制显示的效果下，批量转换的情况下，这个峰值(和吸收峰)明显高于自由激子的峰值。用计算的原理制备的直径圆柱状模型能很好的与无限的障碍契合（在支持信息中已经经过了计算）。该收益率的半径1.3nm与在投射电子显微镜下观察到的结果一致（厚度/直径=2.2nm）。而且，电子波的渗透到周围介质的长度精确测量为0.2nm，得到的值能在瞬变电磁法下验证。在杆状涂上了一层单层的油酸构成一个模型，该模型是伴随一些波函数穿透配体。更进一步来说，实验的结果证明，在4.60eV下第一电致光转换是假的，这很好的与吸收结果相契合（图3，插图）。结果清楚地显示量子限制效应与氧化锌纳米结果相联系。图3.在室温下发光的己烷分散氧化锌纳米棒连同吸收(插图)从一个简单打酯中制备直径为2nm的纳米氧化锌，经过反应生成配体覆盖氧化锌晶体。这种纳米氧化锌的直径和高度分散在极性溶剂中。我们摘要从己烷组装进入统一的成堆的奈米柱彼此平行排列的长轴。在3.55eV状态下，初步的接近蓝/紫外线和发光测量能决定于存在于这些线材量子限制效应。答谢：本研究得到的MRSEC美国国家科学基金会计划奖号码DMR-0213574下,部分由美国能源部提供基本的能源,办公室,通过催化DE-FG02-03ER15463期货奖助金。T.A.感谢支持奖学金计划NDSEG.参考文献(1) Xu, C. X.; Sun, X. W.; Chen, B. J.; Shum, P.; Li, S.; Hu, X. J. Appl.Phys. 2004, 95, 661. (2) Bimberg, D.; Grundmann, M.; Ledentsov, N. Quantum Dot Heterostructures;Wiley-VCH: Chichester, 1998.(3) Johnson, J. C.; Yan, H.; Schaller, R. D.; Haber, L. H.; Sayakally, R. J.;Yang, P. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 11387.(4) Madelung, O.; Poerschke, R. Data in Science and Technology, Semiconductors,Other than Group IV Elements and III-V Compounds;Springer: Berlin, 1992.(5) Yang, P.; Yan, H.; Mao, S.; Russo, R.; Johnson, J.; Saykally, R.; Morris,N.; Pham, J.; He, R.; Choi, H. AdV. Funct. Mater. 2002, 12, 323.(6) Haupt, M.; Ladenburger, A.; Sauer, R.; Thonke, K.; Glass, R.; Roos, W.;Spatz, J. P.; Rauscher, H.; Riethmuller, S.; Moller, M. J. Appl. Phys. 2003,93, 6252.(7) Pacholski, C.; Kornowski, A.; Weller, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2002,41, 1188.(8) Vayssieres, L. AdV. Mater. 2003, 15, 464.(9) Kawakami, M.; Hartanto, A. B.; Nakata, Y.; Okada, T. J. Appl. Phys.2003, 42.(10) Lyu, S. C.; Zhang, Y.; Lee, C. J. Chem. Mater. 2003, 15, 3294.(11) Xia, Y.; Yang, P.; Sun, Y.; Wu, Y.; Mayers, B.; Gates, B.; Yin, Y.; Kim,F.; Yan, H. AdV. Mater. 2003, 15, 353.(12) Kong, Y. C.; Yu, D. P.; Zhang, B.; Fang, W.; Feng, S. Q. Appl. Phys.Lett. 2001, 78, 407.(13) Jeong, S.-H.; Kim, B.-S.; Lee, B.-T. Appl. Phys. Lett. 2003, 82, 2625.(14) Yin, M.; OBrien, S. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 10180.(15) Hamby, D. W.; Lucca, D. A.; Klopfstein, M. J.; Cantwell, G. J. Appl.Ph