硒元素对氧化锌纳米结构形貌的影响.doc

Ⅱ 硒元素对氧化锌纳米结构形貌的影响 氧化锌纳米材料具有独特的光、电、磁、热等性能，不仅在传统橡胶、陶瓷、涂料领域有着很好的应用，在新型光电产业、新能源领域、光催化领域、医学领域等也有着广泛的应用。本文通过化学气相沉积法来获得含有硒元素的氧化锌纳米结构，并使用X射线衍射分析（XRD）与扫描电子显微镜（SEM）来表征产物，以研究硒元素对氧化锌纳米结构的影响。 PAGE PAGE I 第一章 绪论 1.1 氧化锌纳米材料概述 氧化锌（ZnO）很早以前就被人们发现并当做涂料或外用医药来使用，在古印度医学书籍《查卡拉本集》中即有一种外用药膏，后被认定为氧化锌，用来治疗外伤与眼疾。另外，由于氧化锌具有高折射率、优良的导热性等，使它在传统工业领域的应用越来越丰富，尤其是橡胶、涂料、陶瓷等领域，例如氧化锌与硬酯酸配合使用用于橡胶的硫化，在涂料中添加氧化锌以使涂料可以长时间保持韧性附着在铁表面等。随着科技的发展，氧化锌被发现是一种宽带隙半导体材料，带隙宽度约为3.3eV，室温下激子束缚能约60meV，是一种很好的半导体材料，相对于氮化镓（GaN,激子结合能为25meV），氧化锌是一种更适合于在室温及以上温度条件下应用的短波光电材料，在光电子领域有着重要的作用。 随着氧化锌制备工艺的提升，使得小尺寸氧化锌材料更容易被获得，即氧化锌纳米材料（zinc oxide nanomaterial, ZnO NM）。相对于氧化锌常规材料，氧化锌纳米材料晶粒尺寸减少至纳米级，颗粒的比表面积急剧增加，产生了常规尺寸氧化锌材料所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应及宏观隧道效应。这些特殊的性质使氧化锌纳米材料在光、电、化学反应性等方面具有特殊的性能与新用途。目前，多种氧化锌纳米结构已经被获得，如纳米管、纳米带、纳米棒、纳米环、纳米针等，多样性的氧化锌纳米结构使得其可以应用于不同的领域。为了使氧化锌纳米材料在精细功能材料领域的应用更加广泛，寻求稳定的制备方法，获得更好分散性以及更丰富形貌的氧化锌纳米结构是目前大家关注的热点。 1.2 氧化锌纳米材料的特性 氧化锌纳米材料同时具备了氧化锌本身的性质与纳米材料的特性。 氧化锌纳米材料随着颗粒尺寸减小至100nm以下，使颗粒的比表面积、表面能和表面电子结合能都急剧增大，导致氧化锌纳米颗粒极易于其他原子相结合形成稳定结构，因此具有很大的化学活性，从而赋予它特殊的光催化活性、抗菌特性等【1】。由于量子尺寸效应，使氧化锌纳米材料具有与常规材料不同的光、电、磁以及超导性能等。其中，氧化锌纳米材料的禁带宽度增加，使它能够吸收紫外光，对长波紫外光（UVA，波长为320~400nm）和中波紫外光（UVB，波长为280~320nm）有屏蔽效应【2】。 对于氧化锌纳米材料的紫外发射光谱，低温时在紫外区显示多个发射峰，常温时只有一个自由激子的发射峰，且发射峰的位置与形状受纳米颗粒表面的缺陷影响【3】。目前已经实现了室温条件下的氧化锌纳米线的紫外发光，使开发纳米级表面发射紫外激光器成为可能。对于可见光发射谱，发射绿光和黄光是氧化锌纳米结构中最常见到的，但它同样也发射红光【4】【5】，另外掺杂其他元素会使其光学性质发生比较大的变化，例如Mg掺杂会导致紫外峰发生蓝移【6】。 氧化锌是一种良好的压电材料，氧化锌纳米材料同时也是一种良好的压电材料，具有高机电耦合系数和低介电常数，且具有良好的化学稳定性。 1.3 氧化锌纳米材料的应用 首先，氧化锌纳米材料作为一种宽禁带半导体材料，非常适宜与短波光电材料的制作，同时相对于氮化镓的激子结合能（25meV），氧化锌纳米材料具有更高的激子结合能（60meV），从而可以在室温及更高温度下实现高效率的激子发射，是一种很好的短波光电材料。 其次，氧化锌纳米材料以更优异的性能逐步取代传统氧化锌在传统工业的位置。例如，氧化锌纳米材料在橡胶领域，具有硫化速度快、反应温域宽、转化效率高的特点，显著提高了产品的光洁度、机械强度、耐磨、耐热及耐老化性能；在陶瓷领域，氧化锌纳米材料提高了产品的热稳定性、表面的光泽度及色度并降低了产品的渗水率；在医学领域，氧化锌纳米材料不仅具有止血、生肌收敛的效果，还具有抗菌性的特殊性质，使其在医药领域有着更好的应用。 再者，氧化锌纳米材料作为多功能精细无机材料，在光电领域有着广阔的应用。例如，利用氧化锌纳米材料的发光性质，可以用作荧光试剂【7】；利用制备条件的不同可获得光导电性、半导体、非导电性的氧化锌纳米材料，用来制作图像记录材料【8】；利用氧化锌纳米材料电阻值随周围气氛的变化而变化的特性，可用来制备气体传感器【9】。 最后，氧化锌纳米材料具有多种结构形态，扩大了它的应用空间。氧化锌纳米线具有半导体性能和压电效应，当竖直生长的纳米线受外力作用后会产生压电效应，同时由于它的半