Li掺杂ZnO纳米阵列的水热合成课件

1、研究现状研究现状v近十多年来，准一维纳米新材料呈现出一系列优异的力、光、电、声、磁、热、储氢、吸波等性质，在未来纳米器件领域中具有广阔的应用前景，成为纳米材料家族中一类引入瞩目的群体。而准一维纳米材料的研究进展相对较慢，其原因在于准一维纳米材料尤其是结构可控的准一维纳米材料的制备比较困难。尽管一维纳米结构可以利用纳米光刻技术（电子束光刻等）来制备，但这一技术路线要求使用精密和昂贵的设备，同时也还有许多技术难点需要克服。研究目的研究目的v 氧化锌纳米材料掺杂的实现及其性能的研究还存在着很多困难，这是一个具有挑战性的课题。本工作希望通过构筑掺杂氧化锌纳米棒的结构来实现对氧化锌纳米材料结构及其性能关

2、系的研究。为发展以新型掺杂氧化锌纳米材料为基础的光电子器件提供新的途径。实验及研究内容实验及研究内容 v 1）基于Li掺杂ZnO种子膜及其外延纳米棒的制备和性能研究。v 2）Li掺杂ZnO纳米棒阵列结构的性能研究。 发展趋势发展趋势v 利用物理、化学合成新方法来制备准一维纳米材料的研究越来越受到重视。利用水热合成方法，可以在准一维纳米材料的生长过程中对它们的结构、组分、形态、大小以及位置等进行人为的控制，从而直接生长出所需的准一维纳米材料和纳米结构。因此，水热合成将成为制备准一维纳米材料的一种十分重要的新途径。这将有助于发现新的效应，发展新的器件。 相关实验理论依据相关实验理论依据v纳米阵列结

3、构的性质vZnO的本征缺陷vZnO的P型掺杂v水热合成机理方法与特点纳米阵列结构的性质v纳米有序阵列结构的主要性质：v（1）光学性质v（2）电学性质v（3）光电转换v（4）磁学性质v（5）电化学性质ZnO的本征缺陷v 氧化锌的本征点缺陷一般有6种形态：氧空位(Vo)、锌空位(Vzn)、反位氧(Ozn)、反位锌(Zno)、间隙氧(Oi)和间隙锌(Zni)。v 不同导电类型ZnO中缺陷的形成能与原子化学势有关。在n型ZnO中，Vo的形成能最低。而在P型ZnO中，Vo这种缺陷的形成能却很低，可见自补偿效应会很强。ZnO的P型掺杂v1.实现ZnO的P型掺杂必须满足以下条件：首先要形成高的受主掺杂浓度，

4、其次受主杂质必须要有浅的受主能级，以有效减少本征施主缺陷对材料的自补偿作用。v2.掺杂两种途径：一是提高掺杂源的能量，如采用等离子体增强技术、脉冲激光沉积技术来提高掺杂源的活性及动量；二是采用共掺杂方法。水热合成机理方法与特点v简要介绍水热合成机理方法：在特制的密闭反应器中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热，在反应体系中产生一个高温高压的环境进行无机合成与材料制备。v在水热法中，由于水处于高温高压状态，在反应中具有传媒剂作用；另一方面，高压下绝大多数反应物均能完全(或部分)溶解于水， 从而加快反应的进行。 实验方案实验方案v1.实验原材料v2.实验仪器设备v3.纳米棒阵列制备过程v4

5、.表征手段实验试剂实验仪器实验步骤v1. Li掺杂ZnO纳米颗粒膜的制备 在一定温度下，将无水氯化锂溶于醇溶液中，配制出一定浓度的LiCl醇溶液，按比例(Li:Zn=0.5，1，2at)将Li掺入ZnO溶胶中，磁力搅拌下获得均匀的含有Li的ZnO透明溶胶。溶胶经旋涂成膜后，置于马弗炉中，空气条件下热处理一小时，温度设定在350-550之间，即得到Li的ZnO纳米颗粒膜。v2. ZnO纳米棒阵列的制备 以制得的纳米颗粒膜为籽晶，采用温和的液相法，在一定温度下，含有Zn2+的生长液中，自催化外延生长ZnO纳米棒，待生长完全后，将样品从溶液中取出，用蒸馏水反复冲洗，干燥后即可。v实验结果分析包括 ：

6、 （1） XRD分析 （2） SEM分析 （3） 光学性能分析v对实验结果进行预测并总结 XRD分析v与没有掺杂的ZnO相比，Li的掺杂可能使(002)方向衍射峰的相对强度得到不同程度的提高，这说明Li的掺杂可以在一定程度上改善ZnO薄膜的C轴取向性。若Li的掺入使衍射峰变得尖锐，半高宽减小，薄膜的晶化程度提高，这可能是由于Li半径较小，有效的增加了薄膜中离子的扩散率和薄膜晶化。SEM分析v 在550热处理后获得的纯ZnO和典型的Li掺杂ZnO薄膜的SEM图像。若从图像中看到所有薄膜表面较为平整，颗粒分布较为均匀，则从图中没有看出掺杂对ZnO薄膜表面形貌的影响。光学性能分析v 观察掺杂Li的ZnO薄膜的吸收光谱。Li的掺杂对Zn0薄膜光吸收性能的改变很微弱，在可见光范围内，所有薄膜的吸收曲线几乎重合，平均吸光度