Co掺杂ZnO纳米棒的水热法制备及其光致发光性能

以Zn(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O为原料,通过水热法在较低温度下制备了纯ZnO和Co掺杂的ZnO(ZnO:Co)纳米棒.利用XRD、EDS、TEM和HRTEM对样品进行了表征,结合光致发光(PL)谱研究了样品的PL性能.结果表明,水热法制备纯ZnO和ZnO∶Co纳米棒均具有较好的结晶度.Co2+是以替代的形式进入ZnO晶格,掺入量为2%(原子分数)左右.纯的ZnO纳米棒平均直径约为20nm,平均长度约为180nm;掺杂样品的平均直径值约为15nm,平均长度约为200nm左右;Co掺杂轻微地影响ZnO纳米棒的生长.另外,Co掺杂能够调整ZnO纳米棒的能带结构、提高表面态含量,进而使得ZnO:Co纳米棒的紫外发光峰位红移,可见光发光能力增强.

水热法制备Co掺杂ZnO纳米棒及其光学性能

采用水热法在石英衬底上以Zn(CH3COO)2.2H2O和Co(NO3)2.6H2O水溶液为源溶液,以C6H12N4(HMT)溶液作为催化剂,在较低温度下制备了Co掺杂的ZnO纳米棒。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对所生长ZnO纳米棒的晶体结构和表面形貌进行了表征,考察了Co掺杂对ZnO纳米棒微观结构和对发光性能影响的机制。结果表明:Co掺杂的ZnO纳米棒呈六方纤锌矿结构,具有沿(002)面择优生长特性,Co掺杂使ZnO纳米棒的直径变细;同时室温光致发光(PL)谱检测显示Co掺杂ZnO纳米棒具有很强的近带边紫外发光峰,而与深能级相关的缺陷发光峰则很弱。本研究采用水热法在石英衬底上于较低温度下生长出了具有较高光学质量的Co掺杂ZnO纳米棒。

Co掺杂ZnO纳米棒的电沉积法制备及其光学性能

在Zn(NO3)2和Co(NO3)2溶液中,以柠檬酸作为络合剂,采用阴极恒电位沉积法直接在ITO衬底上制备出纯ZnO和Co掺杂ZnO(ZnO∶Co)纳米棒阵列膜。采用X射线衍射、扫描电镜和能量色散谱对所制备ZnO纳米棒的晶体结构和表面形貌进行了表征,利用光致发光光谱研究了样品的发光性质。结果表明:所制备的ZnO纳米棒呈六角纤锌矿结构,具有沿(002)面择优生长特性,Co掺杂使ZnO纳米棒的直径变细。部分Co2+取代了Zn2+进入ZnO的晶格,掺入量为2.2at%左右。Co掺杂使ZnO的禁带宽度变窄,紫外发射峰产生显著红移。

5%Ag掺杂对MNO_(2)纳米棒和海胆微球形貌及其甲苯氧化性能的影响

采用水热法制备了MNO_(2)纳米棒和海胆微球,并原位掺杂5%Ag制备了Mn-Ag复合氧化物,利用SEM、XRD、BET、Raman等表征技术对其结构进行表征,并考察不同催化剂对甲苯的去除性能。结果表明:(NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)的掺入量会对MNO_(2)的形貌产生影响,当其掺入量为2.28 g时,形成MNO_(2)纳米棒,当其掺入量为6.84 g时,形成MNO_(2)海胆微球;MNO_(2)纳米棒掺杂5%的Ag后,形貌未发生变化,但当MNO_(2)海胆微球掺杂5%Ag时,表面的纳米线较MNO_(2)海胆微球有所增长,且出现了缠绕现象,形成了空心鸟巢状结构;5%Ag掺杂后,对MNO_(2)纳米棒和MNO_(2)海胆微球的晶型未产生影响,均为α-MNO_(2),但5%Ag-MNO_(2)纳米棒出现了Mn2O_(3)的衍射峰;MNO_(2)海胆微球较MNO_(2)纳米棒的比表面积、孔径和孔容均增大,且Ag的掺杂进一步提高了MNO_(2)海胆微球的比表面积、孔径和孔容;MNO_(2)海胆微球比MNO_(2)纳米棒具有更好的甲苯去除性能,且5%Ag掺杂后,MNO_(2)海胆微球对甲苯的去除性能达到最好。

基于ZnO纳米棒阵列的钙钛矿太阳电池研究

在钙钛矿太阳电池中利用水热法制备ZnO纳米棒阵列时,TiO_(2)薄膜一般是制备ZnO种子层以及后续生长ZnO纳米棒阵列的基础。因此TiO_(2)薄膜的致密和平滑程度对ZnO纳米棒阵列的生长及相应太阳电池的光伏性能有重要影响。本文通过使用水解-热解法以NbCl5为铌源在FTO导电基底上制备了Nb掺杂的TiO_(2)致密层,有效提升了TiO_(2)薄膜的致密程度,并在此基础上通过水热法成功沉积生长了具有不同长度、直径和面密度的ZnO纳米棒阵列。通过两步连续沉积法在所得ZnO纳米棒阵列上制备了摩尔比为CH3NH3I/CH3NH3Br=85/15的CH3NH3PbI3-xBrx钙钛矿薄膜。使用spiro–OMeTAD作为空穴传输层,组装了基于Nb掺杂TiO_(2)致密层的ZnO纳米棒阵列钙钛矿太阳电池,在相对湿度55%的空气中获得了13.97%的光电转换效率。

Au修饰ZnO纳米棒的制备及紫外探测性能研究

采用磁控溅射技术和水热法制备金(Au)纳米颗粒修饰的氧化锌(ZnO)纳米棒材料。利用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪和荧光光谱仪等测试设备对不同溅射功率下的Au纳米颗粒修饰的ZnO纳米棒进行了表征分析。实验结果表明,不同溅射功率下的ZnO纳米棒均呈六方纤锌矿结构,沿晶面(002)择优生长,具有较高的结晶度;修饰后ZnO纳米棒表面附着Au纳米颗粒,能有效增强其紫外光激发强度;当射频溅射功率为80 W时,ZnO纳米棒表现出最佳的紫外探测性能,相比于未修饰的ZnO纳米棒,Au纳米颗粒能抑制ZnO纳米棒的持续光电导(PPC)效应,其紫外探测的响应/恢复时间分别降低了6.05和4.54 s,光暗电流比由9.31提升至32.40,光响应度达到1.94A/W,显著增强了ZnO纳米棒紫外探测的能力。

制备周期有序ZnO纳米棒阵列的影响因素研究

为研究ZnO纳米棒阵列的影响因素,通过聚苯乙烯(polystyrene,PS)纳米球刻蚀法及随后水热生长,在GaN衬底上制备周期有序的ZnO纳米棒阵列。通过选取不同尺寸的PS纳米球、反应离子刻蚀(RIE)的时长、生长温度和前驱体溶液浓度等条件,制备出具有不同周期性、不同形貌的ZnO纳米棒阵列,并通过XRD进行表征。研究结果表明:制备的ZnO纳米棒具有良好的结晶质量且沿着[0001]晶向优先生长。该研究调控了周期有序ZnO纳米棒阵列生长的影响因素,为制备半导体材料有序纳米阵列提供了一种低成本的方法。

Ru掺杂ZnO纳米棒阵列薄膜氢气传感器性能研究

金属氧化物半导体氢气传感器具备可集成、高响应、长寿命等优势,在氢能的安全制备、存储、运输和使用过程中对氢气泄露预警起着重要的作用。本文采用一步水热法制备了取向生长的Ru掺杂ZnO纳米棒阵列薄膜,在非加热条件下获得了高响应度、选择性高的氢气气敏传感性能。通过XRD、SEM、XPS、Raman和EPR等测试方法表征样品的微结构、化学价态,探索传感性能提升机理。高取向的纳米棒阵列降低了电子输运过程的能垒,提供了电子快速输运通道,有利于实现非加热式气敏响应。Ru掺杂在降低纳米棒直径的同时提升纳米棒的密度,增加表面氧空位浓度及表面氧吸附,Ru同时还参与气敏响应氧化还原反应过程,进一步提升了氢气气敏响应性能。

掺杂浓度对Co掺杂ZnO纳米棒的铁磁性的影响

采用化学气相沉积(CVD)方法制备出3种掺杂浓度的Co掺杂ZnO纳米棒。使用EDX(en-ergy dispersive X-ray)能谱,测得3种ZnO纳米棒中Co元素的掺杂浓度分别为0.4、1.4和2.4%。X射线衍射(XRD)分析表明,三个样品均为ZnO的六方铅锌矿结构,并沿着c轴取向择优生长。磁化曲线显示,掺杂浓度为0.4%的Co掺杂ZnO纳米棒为顺磁性,随着掺杂浓度的增大,Co掺杂ZnO纳米棒转变为铁磁性。扩展X射线吸收精细结构谱表明,Co掺杂ZnO纳米棒的铁磁性源于ZnO纳米棒中的Co金属团簇。

N掺杂对ZnO纳米棒及钙钛矿太阳能电池性能的影响

近年来,由于有机铅卤化物钙钛矿太阳能电池具有原材料廉价、制作工艺简单、吸收光谱宽和光电转换效率高等优势,吸引了国内外众多研究者的关注。文章以乙酸铵为N源,采用水热法制备N掺杂氧化锌纳米棒(ZnO NRs),并将所得的ZnO NRs作为PSCs的介孔层制备了PSCs。研究了N掺杂量对Zn O NRs形貌和PSCs电池光电性能的影响。由实验可知,当乙酸铵添加量为15%时,所得PSCs光电性能最佳,与未掺杂的电池相比短路电流由19.80 mA/cm^(2)提高到20.15 mA/cm^(2),开路电压由0.93 V提高至1.00 V,填充因子由0.56提高到0.67,光电转换效率由10.21%提高到13.53%,提高了约32%。

面向可穿戴生理传感应用的氧化锌纳米棒阵列修饰蚕丝

蚕丝是天然蛋白质纤维,具有光滑、亲肤、机械强度高等优点,作为纺织纤维在我国已有数千年的使用历史。随着智能时代的到来,织物电子研究逐渐兴起,但是蚕丝纤维在智能可穿戴应用领域的研究还非常有限。该文提出了一种在单根蚕丝纤维表面原位修饰氧化锌(ZnO)纳米棒阵列的低成本方法,成功制备了基于单根蚕丝纤维的ZnO纳米棒阵列。研究表明,ZnO纳米棒致密且均匀地垂直排列于蚕丝表面,其直径为100~200 nm,长度约为2μm,其晶型为六方纤锌矿结构。结合ZnO纳米棒的压电性质,构建了基于ZnO纳米棒阵列修饰单根蚕丝的压电传感器。该传感器可有效地将机械能转换为电能,可对手指的敲击、按压、弯曲动作实时响应,将其固定于腹部或体表心脏部位可对人体呼吸、心跳等生理数据进行监测。此外,该传感器还可分辨木琴敲击过程中音调和音阶的变化。该文所构建的蚕丝基压电传感器在人体动作、生理参数实时监测方面展示了极大潜力,有望拓展蚕丝在可穿戴织物器件和智能传感领域的实际应用。

Mg掺杂对ZnO纳米棒阵列的形貌及光学性能的影响

采用水热法在AZO(Al掺杂ZnO)衬底上制备ZnO纳米棒阵列.探讨了Mg掺杂物质的量浓度对ZnO纳米棒形貌及光学性能的影响,采用XRD、SEM、PL分别对样品的结构、形貌、光致发光性能进行了表征.结果表明:Mg的掺入使ZnO纳米棒的直径减小,端面由六棱柱状结构转变为尖锥状结构,在Mg与Zn的原子比为6∶100时,纳米棒顶端已全部转变为锥状结构,纳米棒长度达到最大值2.32μm,且(002)晶面的衍射峰强度及紫外发射峰强度都达到最大值.

Cu^(2+)掺杂ZnO纳米棒的制备及气敏性能研究

通过溶剂热法(无水乙醇)制备了Cu2+(0～6mol%)掺杂ZnO纳米棒粉体,采用X射线衍射仪和扫描电镜对掺杂ZnO纳米粉体的晶体结构和微观形貌进行了表征.研究了Cu2+掺杂比例、溶剂热反应温度及时间对材料气敏性能的影响;考察ZnO(120℃,10h)和3mol%Cu2+掺杂ZnO(120℃,10h)粉体对应元件对甲醛、乙酸、甲苯、乙醇、丙酮、三甲胺等六种气体的气敏性能.结果表明:通过溶剂热法制备的ZnO粉体为纳米棒状结构,棒长度和直径随Cu2+掺杂比例不同发生变化;3mol%Cu2+掺杂ZnO(120℃,10h)样品对应元件对低浓度乙醇有很好的选择性,在395℃工作温度下对1×10–3乙醇的灵敏度为380.5,响应和脱附时间分别为5 s和40 s,对1×10–6乙醇的灵敏度可达4.2.

Fe、Ni掺杂ZnO纳米棒的水热法制备与磁性能研究

采用水热法制备稀磁半导体材料,样品Zn0.95Fe0.05O和Zn0.95Fe0.03Ni0.02O的XRD图谱和TEM图谱发现,样品具有纤锌矿结构,形貌为纳米棒状结构。XEDS分析显示,掺杂的Fe和Ni元素进入到了ZnO晶体中。RAMAN光谱表明,Zn2+被Fe2+、Ni2+替换,晶体发生拉曼光谱红移。PL光谱分析发现,在室温条件下,随着Fe2+和Ni2+的掺杂,出现了猝灭现象。VSM测量显示,掺杂样品在室温条件下存在明显的铁磁性,且这种铁磁性属于稀磁半导体的内禀属性。实验结果表明在水热法条件下,获得了ZnO基稀磁半导体材料样品,且样品具有良好的光学和磁学特性,为进一步研究稀磁半导体材料提供了一定的参考。

Mg掺杂ZnO纳米棒阵列的场发射性能研究

采用水热法在硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)与硝酸镁(Mg(NO3)2·6H2O)的生长液中制备了Mg掺杂的Mg/ZnO(MZO)纳米棒,其中生长液中Mg2+的物质的量浓度c(Mg2+)分别为0.05 mol/L、0.10 mol/L、0.25 mol/L和0.50 mol/L.利用场发射电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、光致发光谱(PL)测试及场发射测试对所制备的MZO纳米棒的表面形貌、成分、晶体结构、光学性能及场发射性能进行了研究.结果表明:随着生长液中c(Mg2+)的增加,MZO纳米棒的直径逐渐减小、缺陷逐渐增加;且掺入的Mg含量与c(Mg2+)并不成正比关系;当生长液中的c(Mg2+)为0.10 mol/L时,所制备的MZO纳米棒的场发射性能最好,其开启场强为2.85 V/μm.

ZnO纳米棒Al掺杂和Al,N共掺杂的制备技术与光致发光性能

采用水热法首先合成了Al掺杂ZnO(AZO)纳米棒,在此基础上通过550℃的氨气氛中退火制备了Al,N共掺杂ZnO(ANZO)纳米棒。运用X射线衍射(XRD),场发射扫描电镜(FESEM),透射电子显微镜(TEM),X射线能谱(EDS)和光致发光(PL)对样品进行了表征与分析。结果表明,制备的AZO和ANZO纳米棒均为六角纤锌矿结构,掺Al可使ZnO纳米棒的直径变细;该制备技术使Al,N两种元素有效地掺入ZnO纳米棒,而且N元素的掺入量随Al掺杂浓度的增加而提高。室温光致发光(PL)测试结果表明,制得的AZO和ANZO纳米棒在390nm处都有一个强的紫外发光峰,而在468nm处都存在一个很弱的蓝色发光峰。与AZO纳米棒的PL光谱比较,ANZO纳米棒在555nm处的绿色发光峰几乎消失。这些结果说明Al掺杂和Al,N共掺杂ZnO纳米棒对于开发一维纳米光电子器件具有潜在的应用价值。

Co掺杂浓度对ZnO纳米棒结构和光学性能影响研究

采用水热法以不同浓度Co掺杂合成了具有六方纤锌矿结构的ZnO纳米粉体,通过X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱、X射线光电子光能谱分析法(XPS)、(光致发光)PL谱等分别对样品的形貌、结构、光学性能进行了测试和表征。结果表明:随着Co掺杂浓度的增大,纤锌矿ZnO的晶体结构没有改变,且Co以二价离子CO2+的形式掺杂进入ZnO晶格;同时花状ZnO纳米棒的均匀性变差,不同浓度Co掺杂ZnO纳米棒中均出现了少量且尺寸较小的单根纳米棒。PL光谱显示:随着Co掺杂浓度增大,样品的紫外发光峰没有明显地变化,而可见发光峰的强度先减小再增大,说明样品的缺陷先降低再提高。当Co掺杂的浓度为2.0%时,所制备的ZnO花状纳米棒可见发光峰相对最低,其具有较小的缺陷。

Ag纳米颗粒修饰对La掺杂ZnO纳米棒光催化性能的影响

采用水热法和光沉积制备Ag纳米颗粒修饰的La掺杂ZnO纳米棒,并通过光催化降解甲基橙(MO)溶液,考查了La掺杂浓度和Ag修饰对ZnO纳米棒光催化性能的影响.结果表明:La掺杂和Ag修饰能够提高ZnO纳米棒的光催化性能.La掺杂改变了ZnO纳米棒的结晶质量,La—O键的形成使ZnO晶体的本征吸收边红移且吸收强度增加,同时,La掺杂可提高ZnO电子浓度和形成杂质能级,Ag纳米颗粒的修饰提高了La掺杂ZnO光生电子与空穴对的分离效率,增加了载流子的寿命.与纯ZnO纳米棒相比,La掺杂和Ag修饰的ZnO纳米棒表现出良好的光催化性能.

Ag掺杂对n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结结构和发光性能的影响

利用简单的水热合成法在p-GaN薄膜上制备了Ag掺杂的一维ZnO纳米棒(ZnO NRs),并且研究了Ag掺杂对于ZnO NRs结构和形貌以及n-ZnO NRs/p-GaN异质结发光特性的影响。结果表明,不同Ag掺杂浓度的ZnO纳米棒截面均呈六边形的棒状结构,且纳米棒的取向垂直于衬底;XRD分析结果表明,随着Ag掺杂浓度的增加,ZnO纳米棒(0002)晶面的峰位向衍射角减小的方向移动,表明Ag+置换了ZnO晶格中的部分Zn2+后使其晶格常数略增加;随着Ag掺杂浓度的增加,ZnO纳米棒近带边发光峰发生一定的红移并且强度逐渐减弱,黄带发光峰逐渐增强,n-ZnO NRs/p-GaN异质结具有更好的传输效率。

Co掺杂对ZnO纳米棒阵列的结构和性质的影响

通过70℃水热反应制备高密度排列的Zn1-xCoxO(x=0.05,0.10和0.15,统记为ZnCoO)纳米棒阵列,用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)和光致发光光谱(PL)进行表征.结果表明:Co2+替代Zn2+掺入了ZnO的晶格中,纳米棒沿[0001]方向垂直生长在含ZnO种子层的玻璃上,纳米棒平均直径约为150nm,长4.5μm.ZnO种子层和Co掺杂在ZnCoO纳米棒成核和择优生长中起着重要作用.PL光谱是由宽紫外光带(UV)和可见光(VL)构成.ZnCoO纳米棒阵列UV峰位与纯ZnO的相比发生了蓝移.随着Co含量的增加,UV峰明显宽化并发生红移.文中对紫外峰的宽化和红移起因以及ZnCoO阵列的形成机制进行了讨论.