氧化鋅微-納米棒陣列的微觀形貌調(diào)控及大面積制備.pdf

1、一維微/納米材料尺寸結(jié)構(gòu)在三維空間上有著特殊的分布,這使其在光、電、熱、磁等方面有著許多優(yōu)異的性能,因而在眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。一維氧化鋅微/納米材料作為一維微/納米材料的重要組成部分越來(lái)越受到人們的注意。
　　 本文以直流磁控濺射制備的氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜為襯底,以六水硝酸鋅(Zn(NO3)2·6H2O)和六亞甲基四胺(C6H12N4)為前驅(qū)物,采用化學(xué)浴沉積法制備出了排列整齊、形貌規(guī)整、具有高度取向性的氧化鋅微/納米棒陣

2、列。并通過(guò)SEM、XRD等對(duì)樣品進(jìn)行了表征,所做工作主要包括以下幾個(gè)方面:
　　 1)觀察了不同前驅(qū)物濃度下氧化鋅微/納米棒陣列的形貌變化規(guī)律,得出:適合氧化鋅微/納米棒陣列生長(zhǎng)的前驅(qū)物濃度的范圍在0.500mol/L到0.001mol/L之間.在此范圍內(nèi)隨著前驅(qū)物濃度的下降,氧化鋅微/納米棒的直徑逐漸減小:前驅(qū)物濃度由0.500mol/L減小到0.001mol/L時(shí),氧化鋅微/納米棒的直徑由2μm降至50nm左右;氧化鋅微/納

3、米棒陣列的孔隙率隨濃度的減小而逐漸增大。論文根據(jù)負(fù)離子配位多面體生長(zhǎng)基元模型對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了解釋。
　　 2)觀察分析了不同前驅(qū)液初始PH值對(duì)氧化鋅微/納米棒陣列生長(zhǎng)的影響,發(fā)現(xiàn):①適合氧化鋅微/納米棒陣列生長(zhǎng)的前驅(qū)液初始PH值范圍為5～8和10.8～11.2。我們分別稱為低PH值環(huán)境和高PH值環(huán)境;低于5或高于11.2時(shí)不但氧化鋅微/納米棒陣列無(wú)法生成,襯底也會(huì)受到腐蝕;在8～10.8之間時(shí)前驅(qū)液中的Zn2+離子會(huì)因NH3.H

4、2O的加入而被過(guò)度消耗,無(wú)法生成氧化鋅微/納米棒陣列。②前驅(qū)液處于低PH值環(huán)境時(shí),隨著前驅(qū)液初始PH值的增加,氧化鋅微/納米棒的表面逐漸變得粗糙,其生長(zhǎng)模式由二維成核下的單核生長(zhǎng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗪松L(zhǎng)模式并最終轉(zhuǎn)變?yōu)榇植诮缑嫔L(zhǎng)模式。③高PH值環(huán)境對(duì)氧化鋅微/納米棒的生長(zhǎng)非常有利,長(zhǎng)出的氧化鋅微/納米棒陣列同低PH值環(huán)境下的相比在形貌規(guī)整度、晶體取向性、生長(zhǎng)速率等方面都有很大提高,對(duì)襯底、生長(zhǎng)環(huán)境的包容性大大增強(qiáng),同時(shí)樣品形貌的均一性也由微

5、觀范圍提高到宏觀范圍。
　　 3)觀察了不同生長(zhǎng)時(shí)間下氧化鋅微/納米棒陣列形貌的變化,發(fā)現(xiàn):①生長(zhǎng)初期鋅微/納米棒優(yōu)先選擇在襯底表面缺陷比較多的地方成核生長(zhǎng)。②在3min至20min的時(shí)間段內(nèi),氧化鋅晶粒之間存在明顯的組合生長(zhǎng)現(xiàn)象。③氧化鋅棒在生長(zhǎng)約10min后達(dá)到最大直徑,在后續(xù)的生長(zhǎng)過(guò)程中氧化鋅微/納米棒的長(zhǎng)度不斷增大而直徑基本保持不變。
　　 4)研究了超聲波環(huán)境的加入對(duì)氧化鋅微/納米棒陣列形貌的影響,發(fā)現(xiàn)加入超聲

6、震蕩后氧化鋅微/納米棒的直徑由原來(lái)的400nm左右降為100nm左右,同時(shí)氧化鋅微/納米陣列的宏觀均勻性得到極大提高。
　　 5)分析了氧化鋅微/納米棒陣列在生長(zhǎng)過(guò)程中出現(xiàn)的組合生長(zhǎng)現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn):①發(fā)生組合生長(zhǎng)的氧化鋅微/納米棒之問(wèn)品格必須是相互平行的。②組合生長(zhǎng)的發(fā)生有共棱生長(zhǎng)和共面生長(zhǎng)兩種基本模式。
　　 6)結(jié)合超聲波環(huán)境及高PH值環(huán)境在生長(zhǎng)大面積氧化鋅微/納米棒陣列時(shí)的優(yōu)勢(shì),設(shè)計(jì)了高PH值環(huán)境下超聲輔助生長(zhǎng)氧化鋅微