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论文物理前沿论文 梁莉丽033(定稿) 纳米材料作者梁莉丽【摘要】当物质尺度小到一定程度时因为它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质由于强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。 因此其所表现的特性往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表面能的不安定原子。 这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 因此纳米材料由于它表现出不同于正常状态下的特性，被人们用于各种材料的研究中，本文就简单介绍纳米材料中的一种氧化锌（zno）纳米半导体材料，包括应用前景、制备方法、现状分析等【关键词】纳米材料、氧化锌、制备方法 1、引言纳米级结构材料简称为纳米材料(nano material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米100纳米范围之间。 纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。 由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。 并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 一般常见的磁性物质均属多磁区之集合体，当粒子尺寸小至无法区分出其磁区时，即形成单磁区之磁性物质。 因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜时，将成为优异的磁性材料。 纳米粒子的粒径（10纳米100纳米）小于光波的长，因此将与入射光产生复杂的交互作用。 金属在适当的蒸发沉积条件下，可得到易吸收光的黑色金属超微粒子，称为金属黑，这与金属在真空镀膜形成高反射率光泽面成强烈对比。 纳米材料因其光吸收率大的特色，可应用于红外线感测器材料。 纳米材料种类有纳米磁性材料、纳米陶瓷材料、纳米半导体材料、纳米倾斜功能材料、纳米催化材料等等。 其中纳米半导体材料的应用最为广泛，纳米半导体材料也得到了各个研究者的青睐。 下面就简单介绍纳米半导体材料中的一种zno氧化锌纳米半导体材料。 2、主题内容氧化锌（ZnO）是一种重要的-族直接带隙（禁带宽度为3.37eV）的半导体材料，禁带宽度对应于紫外光波段（有望开发出蓝光、蓝绿光、紫外光等多种发光器件），束缚激子结合能高达60meV，具有良好的光电特性、抗氧化、耐高温等特性。 氧化锌（ZnO）材料已在太阳能电池、声表面波器件、液晶显示、气敏器件、压敏器件、高温、高压等方面显示出了广阔的应用前景，使得氧化锌（ZnO）成为研究热点。 尤其是当ZnO的晶粒尺寸处于纳米级时，由于其具有量子尺寸效应、小尺寸效应和大的比表面积，其表面的电子结构和晶体结构将发生显著变化，从而产生宏观ZnO块体材料所不具有的独特效应，更具有很多奇特的性能，使得ZnO纳米材料的制备与性能的研究得到前所未有的重视。 目前,纳米ZnO材料的研究已取得极大的进展,实验上已经合成了不同形貌、不同维度的ZnO纳米材料,而一维ZnO纳米材料因其呈现出与其它ZnO纳米材料截然不同的特性更是成为了热点中的热点，引起了人们的广泛关注。 随着一维ZnO纳米材料制备工艺的成熟，人们已用一维ZnO纳米材料构造出多种器件，如激光谐振腔、场效应管、传感器、太阳能电池、发光二极管和纳米发电机等，其中发光二极管由于具有高效节能的特点，如何将一维纳米ZnO材料更好地应用到发光二极管领域上倍受研究者们青睐。 氧化锌纳米线的制备方法有气相生长法、（包括气相沉积法、气相传输法、射频溅射法、直接热蒸发法）、液相生长法、模板生长法、自组装生长法等。 其中气相生长法的热蒸发法来制备一维ZnO纳米材料，较为简便。 衬底一般为如石英、玻璃等透明材料并在其上制备择优取向明显的透明导电薄膜。 透明导电薄膜的选择也是多种多样的，有掺锡氧化铟（ITO）薄膜、掺铝氧化锌（AZO）薄膜或者氧化锌（ZnO）薄膜等。 近几年来，已经有很多研究小组开展了关于在透明导电衬底上合成有序ZnO纳米线阵列的研究，大多学者研究的都是掺锡氧化铟（ITO）薄膜在透明衬底生长一维ZnO纳米结构阵列的光致发光性能和场致发射性能。 例如Lin等人就是研究了在ITO玻璃上制备的一维ZnO纳米结构阵列的光致发光性能和场致发射性能。 但由于ZnO掺Al后禁带宽度明显增大，具有较高的光透过率，更利于实现高效率的发光器件，再者掺铝氧化锌（AZO）薄膜作为透明导电氧化物(TCO)薄膜,具有与ITO相比拟的优异光电特性,具备高热稳定性和化学稳定性、价格低廉、原料丰富无毒、制备简单等优势,已成为ITO的最佳替代材料。 纳米氧化锌半导体发光器件的核心元件PN结结构的合成方法主要有在具有N型导电特性的ZnO透明材料上放上P型材料并压紧形成PN结结构或直接使用P型材料作为衬底使得生长出的氧化锌纳米线自动与衬底形成PN结结构，但ZnO材料很难实现有效的p型掺杂，虽然已经有学者实现了氧化锌的p型掺杂，但缺陷与杂质较多，性能尚不能与n型ZnO相比，这一方面仍有待深入研究。 由于ZnO本征施主缺陷的高度自补偿作用，有限的受主固溶度以及较深的受主能级，所以