基本信息
- 项目名称：
- 氧化锌纳米材料独特的光电特性
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 我们对一维ZnO纳米材料的研究焦点为如下四个方面：（1）生长可控;（2）发现新结构，如超晶格一维纳米结构等;（3）P型掺杂;（4）纳米器件。本论文目的在于探索和发现新结构，研究了掺杂的ZnO纳米结构的制备，超晶格一维纳米结构的制备，在优化实验条件下，获得了ZnO超晶格结构纳米材料，并讨论了它们的光电性质。由于这种结构对传导载流子三维限域效应，在制作光电子学纳米器件方面具有广泛的应用前景。
- 详细介绍：
- 在90年代以前，ZnO作为阴极射线荧光粉一直得到人们的广泛研究，自1991年开始，ZnO荧光粉又在平板显示器领域中日益受到人们的重视。1996年，随着第一篇ZnO微晶结构薄膜在室温下光泵浦紫外受激发射的报道，人们掀起了对其在紫外发光领域更加狂热的研究。在日本科学家Iijima发现了碳纳米管之后，科学家的注意力迅速集中到对一维纳米结构的研究上来。2001年，P. D. Yang小组制备出高取向度的单晶ZnO纳米阵列，开创了研究氧化锌一维纳米材料的新时代。自此之后，对ZnO一维纳米材料的研究得到迅速发展，到目前为止，短短不到十年的时间，各种形貌的准一维ZnO纳米结构和以一维ZnO纳米结构为基础的纳米组装体被成功地合成，其中包括纳米线、纳米带、纳米棒、纳米针、纳米四角针、纳米梳、纳米网络、纳米多孔棒、纳米城堡、纳米螺旋、纳米桥、纳米蒲公英、纳米悬臂、纳米火箭等等，一维ZnO纳米材料成为自碳纳米管之后最庞大的一维纳米材料家族。 在研究一维纳米材料合成的同时，人们还对一维氧化锌纳米材料的光学、电学、力学、气敏等性质进行了研究。例如，Huang小组对所制备的ZnO纳米线阵列的光学性质进行了研究。他们观测到受激发射现象。Yu等人把ZnO纳米针阵列作为场发射的阴极，对场发射性质进行了研究，认为ZnO纳米针阵列表现出良好的场发射性质与材料自身的形貌有关。除此之外，还有许多关于一维ZnO纳米材料性质研究的报道，如：自组织ZnO纳米纤维网的放大自发紫外发射；带金顶的ZnO纳米棒在电子束作用下的自吸引现象；单根ZnO纳米线所制备的晶体管的氧敏特性，氧化锌纳米线的激光发射和波导，Pt/ZnO肖特基二极管，等等。合成纳米材料的终极目标就是制成具有特定功能的纳米器件，在应用一维氧化锌纳米材料制备纳米器件方面，2007年4月Wang小组在Science上报道了氧化锌取向生长纳米线制成的纳米发电机利用超声波产生了连续的直流输出，为解决纳米器件的电源问题、实现无线纳米器件开启了新的篇章。 另一方面，在研究一维纳米半导体材料的过程中，掺杂的作用不可忽视。因为掺杂可以改变晶体的生长习性，改变准材料的形貌并明显改善材料的光电性质，及改变半导体材料的导电类型，所以掺杂也是准一维半导体纳米材料研究的一个重要方面。由于存在着较强的自补偿效应，未掺杂的ZnO通常呈现n型导电性，所以对于ZnO而言,高的电子浓度更容易获得。为了实现n型掺杂，常用的掺杂元素有In，Ga，Sn，Al等等。掺杂的ZnO有希望成为ITO的替代品; 可以调节带隙，满足能带工程需要。因此一维纳米材料的研究具有重要的理论和学术性的研究价值。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 深入研究氧化锌纳米材料以及氧化锌超晶格纳米材料的光电特性。以提高氧化锌纳米材料的光电特性为出发点，从形貌多样纯氧化锌纳米材料制备、光电性质研究，到掺杂的氧化锌材料的制备和性质研究，再至氧化锌超晶格纳米材料的制备、光电特质研究作为团队研究思路
科学性、先进性及独特之处
- 整个研究完备、思路清晰、并取得丰富成果。并且所制备的氧化锌以及超晶格材料在光电器件领域有着巨大的应用潜力。
应用价值和现实意义
- 在紫外激光器、LED等器件上有着巨大应用潜力
学术论文摘要
- Si-doped In2O3(ZnO)3 superlattice nanobelts were synthesized via chemical vapor deposition. Transmission electron microscopy result indicates that the nanobelts have a superlattice structure. The transport properties of the nanobelts were measured. A nonlinear I-V characteristic is found in a voltage span of 0.4-1.5 V, which is likely attributed to the superlattice structure with statistical potential distribution around the conduction band edge.
获奖情况
- 3.Synthesis and transport properties of Si-doped In2O3(ZnO)3 superlattice nanobelts. CrystEngComm (1466-8033) 5/21/2011. Vol.13,Iss.10;p.3569-3572
鉴定结果
- 文章都被sci收录，影响因子4点多，被评为年度热点文章。
参考文献
- 1.Size-Dependent InAlO3(ZnO)m Nanowires with a Perfect Superlattice Structure J. Phys. Chem. C June 22, 2010. Vol.114,Iss.27;p.11783–11786 2. One-step hydrothermal synthesis and optical properties of aluminium doped ZnO hexagonal nanoplates on a zinc substrate CrystEngComm (1466-8033) 2/17/2011. Vol.13,Iss.5;p.1283-1286 3.Synthesis and transport properties of Si-doped In2O3(ZnO)3 superlattice nanobelts. CrystEngComm (1466-8033) 5/21/2011. Vol.13,Iss.10;p.3569-3572 4.Low-temperature synthesis and characterization of unique hierarchical In2O3(ZnO)10superlattice nanostructures. CrystEngComm (1466-8033) 9/21/2010. Vol.12,Iss.10;p.3305-3309 5.Enhancement of near-band edge emission of Au/ZnO composite nanobelts by surface plasmon resonance CrystEngComm 2011. Vol.13;p.3678-3681 6. Surface plasmon enhanced ultraviolet emission and observation of random lasing from self-assembly Zn/ZnO composite nanowires. CrystEngComm (1466-8033) 4/7/2011. Vol.13,Iss.7;p.2336-2339
同类课题研究水平概述
- 在90年代以前，ZnO作为阴极射线荧光粉一直得到人们的广泛研究，自1991年开始，ZnO荧光粉又在平板显示器领域中日益受到人们的重视。1996年，随着第一篇ZnO微晶结构薄膜在室温下光泵浦紫外受激发射的报道，人们掀起了对其在紫外发光领域更加狂热的研究。在日本科学家Iijima发现了碳纳米管之后，科学家的注意力迅速集中到对一维纳米结构的研究上来。2001年，P. D. Yang小组制备出高取向度的单晶ZnO纳米阵列，开创了研究氧化锌一维纳米材料的新时代。自此之后，对ZnO一维纳米材料的研究得到迅速发展，到目前为止，短短不到十年的时间，各种形貌的准一维ZnO纳米结构和以一维ZnO纳米结构为基础的纳米组装体被成功地合成，其中包括纳米线、纳米带、纳米棒、纳米针、纳米四角针、纳米梳、纳米网络、纳米多孔棒、纳米城堡、纳米螺旋、纳米桥、纳米蒲公英、纳米悬臂、纳米火箭等等，一维ZnO纳米材料成为自碳纳米管之后最庞大的一维纳米材料家族。 在研究一维纳米材料合成的同时，人们还对一维氧化锌纳米材料的光学、电学、力学、气敏等性质进行了研究。例如，Huang小组对所制备的ZnO纳米线阵列的光学性质进行了研究。他们观测到受激发射现象。Yu等人把ZnO纳米针阵列作为场发射的阴极，对场发射性质进行了研究，认为ZnO纳米针阵列表现出良好的场发射性质与材料自身的形貌有关。除此之外，还有许多关于一维ZnO纳米材料性质研究的报道，如：自组织ZnO纳米纤维网的放大自发紫外发射；带金顶的ZnO纳米棒在电子束作用下的自吸引现象；单根ZnO纳米线所制备的晶体管的氧敏特性，氧化锌纳米线的激光发射和波导，Pt/ZnO肖特基二极管，等等。合成纳米材料的终极目标就是制成具有特定功能的纳米器件，在应用一维氧化锌纳米材料制备纳米器件方面，2007年4月Wang小组在Science上报道了氧化锌取向生长纳米线制成的纳米发电机利用超声波产生了连续的直流输出，为解决纳米器件的电源问题、实现无线纳米器件开启了新的篇章。
