一维氧化物纳米结构的制备与物性研究.doc

一维氧化物纳米结构的制备与物性研究【摘要】：低维纳米材料具有与体材料明显不同的物理、化学、生物特性,日益成为当今纳米科技领域的研究热点。氧化物半导体纳米材料具有制备工艺简单、成本低廉、稳定性好等优点,在锂电池、太阳能电池、光降解、光催化、传感器、场发射器件等各领域有广泛的应用前景,因此研究氧化物半导体纳米材料具有重要意义。在本文中,我们对ZnO、Sn02纳米结构的制备、磁性能、发光、传感及场发射等性能进行了系统研究,主要的研究内容和创新点如下：1.Cu掺杂氧化锡纳米线的制备及性能研究。用热蒸发沉积法制备出了Cu掺杂Sn02纳米线结构。所制样品通过XRD,SEM,HRTEM,EDS以及PL等手段进行了表征,研究了Cu催化剂对Sn02纳米结构的发光、场发射及磁性的影响作用。Cu掺杂Sn02纳米线的变温光致发光谱显示,发光中心在590nm,630nm和677nm处。该样品具有良好的场发射性能,开启电场为2.9V/m,闽值电场为4.8V/m,是一种很有潜力的场发射阴极材料。我们在Cu掺杂Sn02纳米线中观察到了室温铁磁性,而所制样品中并不存在磁性元素,我们初步研究了其磁性起源,并基于第一性原理计算方法研究了Cu离子对磁性的作用。2.Cu掺杂氧化锌纳米片的制备和性能研究。用热蒸发沉积法制备出了Cu掺杂的三角状ZnO纳米片。所制样品通过XRD,SEM,HRTEM,EDS以及PL等手段进行了表征,研究了Cu催化剂对ZnO纳米结构明显的影响作用,ZnO纳米片具有良好的场发射性能,开启电场为3.1V/m,场增强因子约为3250,是一种很有潜力的场发射阴极材料。我们在Cu掺杂ZnO纳米片中观察到了室温铁磁性,而所制样品中并不存在磁性元素,我们对该磁性起源进行了初步研究。3.CuO在宏观氧化物纳米材料制备中的催化作用研究。在其他工艺参数不变的条件下,在源材料中加入适量的CuO,可对制备ZnO、Sn02、In2O3等纳米材料起到重要的催化作用。我们用此法成功的制备出了宏观的梳状、带状及树枝状ZnO、Z字形及带状Sn02、宏观In2O3等结构,长度可达1.5cm,重复性良好,容易从中分离出单晶结构单元,为科学研究提供重要的物理平台。我们分析了氧化铜在纳米材料制备中的催化作用,提出了相应的生长机制,并选用单根Z字形Sn02带,研究了其湿度传感性能。4.氧化物纳米材料的制备及场发射性能研究。场发射性能取决于场发射阴极材料的功函数和场增强因子,ZnO、Sn02都是良好的候选阴极材料,该类材料的纳米结构具有丰富的表面形态,有较大的场增强因子,我们通过结构简单、成本低廉的热蒸发法制备出了多种形貌的Sn02、ZnO及Sn掺杂ZnO纳米结构,并分别对其晶体结构,形貌,光致发光等性能进行了表征,研究了源材料配比、温度、气流量、衬底等工艺条件对表面形貌的影响,系统研究了各种纳米结构的场致电子发射性能,结果表明,这些纳米结构具有低的开启电场和阈值电场,高电流发射密度,是良好的场发射阴极材料。【关键词】：纳米材料场发射CuO催化Cu掺杂磁性【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2010【分类号】：TB383.1【目录】：摘要6-8Abstract8-13第一章绪论13-331.1引言13-141.2所研究材料的基本性质及应用14-171.2.1氧化锌的性质及应用14-161.2.2氧化锡的性质及应用16-171.3稀磁半导体材料的研究现状17-181.4稀磁半导体中磁性起源研究进展18-221.4.1直接和间接交换作用191.4.2双交换作用191.4.3BR交换作用19-201.4.4RKKY交换作用201.4.5束缚磁极子20-221.5纳米材料的特殊性能22-261.5.1磁学性能23-241.5.2光学性能241.5.3场发射24-251.5.4表面活性和敏感特性25-261.6纳米结构可控制备的研究进展26-291.6.1直径可控26-271.6.2长度可控27-281.6.3生长取向的控制281.6.4生长位置的控制281.6.5形貌控制28-291.7本文的选题意义及研究内容29-30参考文献30-33第二章Cu掺杂SnO_2纳米结构的制备与性能研究33-53摘要332.1引言33-352.2实验过程352.3形貌与结构表征35-402.4光致发光和场发射性能研究40-432.5磁性能研究43-492.6小结49-50参考文献50-53第三章Cu掺杂ZnO纳米结构的制备与性能研究53-65摘要533.1引言53-543.2实验过程543.3形貌与结构表征54-573.4光致发光和场发射性能研究57-593.5磁性能研究59-633.6小结63-64参考文献64-65第四章氧化物宏观纳米结构的制备及性能研究65-89摘要654.1引言65-664.2氧化锌宏观纳米结构的制备66-714.2.1实验过程66-674.2.2形貌与结构表征67-704.2.3生长机理研究70-714.3氧化锡宏观纳米结构的制备71-814.3.1引言724.3.2实验过程72-734.3.3形貌与结构表征73-774.3.4生长机理研究77-794.3.5湿度传感性能研究79-814.4氧化铟宏观纳米结构的制备81-864.4.1实验过程81-824.4.2形貌与结构表征82-854.4.3磁性能研究85-864.5小结86-87参考文献87-89第五章氧化物纳米材料的制备及场发射性能研究89-113摘要895.1氧化锡纳米墙结构的制备及场发射性能研究89-965.1.1实验过程90-915.1.2形貌与结构表征91-935.1.3光致发光和场发射性能研究93-965.1.4小结965.2氧化锌纳米结构的制备与表征96-1025.2.1热蒸发法制备ZnO纳米材料96-995.2.2水热法制备ZnO纳米材料99-1025.3锡掺杂氧化锌纳米材料的制备及场发射性能研究102-1095.3.1实验过程1035.3.2形貌与结构表征103