氧化鋅納米材料制備及應(yīng)用

第1章緒論1
1.1納米科技與納米材料1
1.2納米材料與能源、環(huán)境的關(guān)系2
1.3納米材料簡介3
1.3.1納米材料特性3
1.3.2納米材料分類7
1.3.3納米材料的表征7
1.4納米半導(dǎo)體材料的特殊性質(zhì)21
1.4.1光學(xué)性質(zhì)21
1.4.2光催化特性22
1.4.3光電轉(zhuǎn)換特性22
1.4.4電學(xué)特性22
1.4.5表面活性與敏感特性23

第2章氧化鋅納米材料的制備25
2.1氧化鋅的結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì)25
2.2氧化鋅納米材料的制備28
2.2.1水熱合成法28
2.2.2電化學(xué)生長法30
2.2.3化學(xué)氣相沉積法31
2.2.4溶膠-凝膠法34
2.2.5沉淀法35
2.2.6磁控濺射36
2.2.7分子束外延37
2.2.8原子層沉積39

第3章表面活性劑輔助電化學(xué)沉積制備多孔ZnO薄膜41
3.1表面活性劑的作用及分類41
3.1.1表面活性劑的作用41
3.1.2表面活性劑的分類42
3.2利用表面活性劑調(diào)控納米材料的形貌43
3.2.1表面活性劑在納米材料合成中的作用44
3.2.2表面活性劑聚集體在輔助納米材料合成中的作用機(jī)理45
3.3表面活性劑在納米氧化鋅合成與制備中的作用49
3.3.1表面活性劑的特性49
3.3.2離子型表面活性劑輔助合成納米氧化鋅50
3.3.3非離子型表面活性劑輔助合成納米氧化鋅52
3.3.4表面活性劑對(duì)納米氧化鋅的性能的影響53
3.4電化學(xué)沉積法55
3.4.1電化學(xué)沉積的基本理論及影響因素55
3.4.2電沉積 ZnO 薄膜的體系58
3.5表面活性劑輔助電化學(xué)制備ZnO薄膜59
3.5.1實(shí)驗(yàn)方案60
3.5.2電化學(xué)沉積ZnO薄膜的原理及特點(diǎn)61
3.6SDS參與的電沉積ZnO薄膜62
3.6.1循環(huán)伏安(CV)曲線62
3.6.2薄膜的晶體結(jié)構(gòu)分析64
3.6.3沉積電壓對(duì)薄膜表面形貌的影響64
3.6.4溶液中Zn2+濃度對(duì)薄膜表面形貌的影響65
3.6.5SDS含量對(duì)薄膜表面形貌的影響65
3.6.6ZnO薄膜表面元素含量67
3.6.7光學(xué)性能表征70
3.7CTAB參與的電沉積ZnO薄膜71
3.7.1循環(huán)伏安(CV)圖71
3.7.2XRD分析71
3.7.3不同CTAB含量的薄膜SEM圖72
3.7.4不同沉積電壓對(duì)薄膜形貌的影響72
3.7.5ZnO薄膜表面元素含量73
3.7.6ZnO薄膜光學(xué)性能表征75
3.8機(jī)理分析76
3.9本章小結(jié)77

第4章溶膠-凝膠法制備納米ZnO多孔薄膜79
4.1溶膠-凝膠法79
4.1.1溶膠-凝膠技術(shù)的發(fā)展過程79
4.1.2溶膠-凝膠技術(shù)的特點(diǎn)80
4.1.3溶膠-凝膠技術(shù)的實(shí)現(xiàn)途徑81
4.1.4溶膠-凝膠法的工藝過程85
4.1.5溶膠-凝膠法的影響因素88
4.1.6溶膠-凝膠法在材料合成中的應(yīng)用89
4.1.7溶膠-凝膠法制備薄膜的方法93
4.2無機(jī)鹽絡(luò)合溶膠-凝膠法制備介孔ZnO薄膜96
4.2.1無機(jī)鹽絡(luò)合物溶膠-凝膠法96
4.2.2試驗(yàn)方案99
4.2.3凝膠的紅外光譜分析101
4.2.4干凝膠的DTA-TG分析102
4.2.5制備條件和參數(shù)對(duì)薄膜的影響103
4.2.6ZnO薄膜的光學(xué)性能109
4.2.7ZnO薄膜的比表面積和孔分布111
4.3PEG輔助的溶膠-凝膠法制備多孔ZnO薄膜114
4.3.1模板組裝化學(xué)114
4.3.2實(shí)驗(yàn)方案117
4.3.3聚乙二醇的結(jié)構(gòu)特性118
4.3.4Zn(AC)2-PriOH-DEA-PEG系膠體的性質(zhì)119
4.3.5多孔結(jié)構(gòu)形成過程的影響因素122
4.3.6性能表征125
4.4本章小結(jié)129

第5章表面活性劑輔助直接沉淀法制備ZnO納米結(jié)構(gòu)材料130
5.1沉淀法130
5.1.1沉淀法的基本原理及特點(diǎn)130
5.1.2沉淀法制備粉體反應(yīng)中單體顆粒的核化與生長131
5.1.3沉淀法在制備氧化鋅材料中的應(yīng)用132
5.2直接沉淀法制備ZnO納米材料133
5.2.1實(shí)驗(yàn)方案133
5.2.2實(shí)驗(yàn)方法134
5.3直接沉淀法制備ZnO納米材料134
5.3.1物相及形貌分析134
5.3.2形成機(jī)理分析135
5.4PVA輔助的直接沉淀法制備ZnO納米材料136
5.4.1物相及形貌分析136
5.4.2PVA作用機(jī)理分析138
5.5CTAB輔助直接沉淀法制備ZnO納米材料138
5.5.1物相及形貌分析138
5.5.2CTAB作用機(jī)理分析138
5.6制得不同形貌的納米氧化鋅的原因分析140
5.7紫外-可見光吸收光譜140
5.8本章小結(jié)141

第6章金屬離子摻雜納米ZnO的表征及發(fā)光性能142
6.1半導(dǎo)體氧化鋅的發(fā)光理論142
6.1.1半導(dǎo)體中的能帶142
6.1.2與發(fā)光有關(guān)的缺陷143
6.1.3摻雜半導(dǎo)體理論144
6.1.4載流子的復(fù)合147
6.2常用發(fā)光表征方法149
6.2.1光致發(fā)光譜149
6.2.2拉曼光譜151
6.3ZnO的光學(xué)性質(zhì)153
6.3.1激子復(fù)合發(fā)光155
6.3.2帶間躍遷發(fā)光156
6.3.3雜質(zhì)或缺陷能級(jí)躍遷發(fā)光156
6.4實(shí)驗(yàn)方案156
6.5絡(luò)合物結(jié)構(gòu)分析157
6.6干凝膠的熱分析158
6.7物相組成及形貌分析158
6.8紅外光譜分析162
6.9金屬離子摻雜納米ZnO的光學(xué)性能163
6.9.1紫外-可見-近紅外吸收光譜163
6.9.2金屬離子摻雜納米ZnO的PL圖譜165
6.10本章小結(jié)167

第7章氧化鋅納米材料的應(yīng)用168
7.1氧化鋅納米材料在能源中的應(yīng)用168
7.1.1氧化鋅的室溫光致發(fā)光168
7.1.2氧化鋅在新型光伏電池中的應(yīng)用170
7.1.3氧化鋅在透明導(dǎo)電薄膜中的應(yīng)用178
7.1.4氧化鋅的壓電效應(yīng)179
7.2氧化鋅納米材料在環(huán)境中的應(yīng)用180

參考文獻(xiàn)184