基本信息
- 项目名称：
- 独特花簇结构ZnO纳米薄膜的制备及其光学性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本工作采用一种简单而独特的热氧化制备方法，获得一种具有独特“花簇结构”形貌特征的ZnO纳米薄膜，之前未见报道，这种“花簇”结构花瓣由厚度约70纳米的薄片组成，夹杂直径约20nm的纳米线‘花蕊’，由于其独特的层次结构，展现出一些独特的物理特性。
- 详细介绍：
- 本工作采用一种简单而独特的热氧化制备方法，获得一种具有独特“花簇结构”形貌特征的ZnO纳米薄膜，之前未见报道，这种“花簇”结构花瓣由厚度约70纳米的薄片组成，夹杂直径约20nm的纳米线‘花蕊’，由于其独特的层次结构，展现出一些独特的物理特性。薄膜结构中的纳米线特别是纳米片对光具有高通透性；材料的吸收光谱和荧光光谱分析表明，样品在非常宽的范围的多个波段都存在荧光发射。PL谱显示，样品在514nm光源激发下，在可见光区的红光段有荧光发射,紫外和可见吸收光谱显示，在紫光区的399纳米、415纳米和435纳米附近有明显的吸收峰，在近紫外的315纳米和390纳米附近有强的吸收峰，其中吸收光谱390nm波长附近陡峭的“台阶”是一个非常奇异现象。文章从机理上简要讨论了各种波长发射的可能，并将自己的工作与别人的工作进行了对比分析和讨论。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 1、在参与指导教师科研工作的过程中，通过系列具有独立性的实践和探索，培养自身的综合能力和创新能力。 2、探索一种简单但独特的纳米薄膜的制备方法，制备得到系列独特形貌结构的ZnO纳米薄膜材料。研究所获得的具有独特形貌结构的ZnO纳米薄膜材料的各种物理性能尤其是光学性能
科学性、先进性及独特之处
- （1）实验制备得到一种独特“花簇”形貌结构的ZnO纳米薄膜，这种结构之前未见报道。（2）紫外可见吸收光谱以及光致发光谱表明，样品在较宽范围的多个波段都存在荧光发射，这是不多见的。（3）具有独特“花簇”形貌结构的ZnO纳米薄膜展现了独特的物理性能特征，其中吸收光谱390nm波长附近的“台阶”就是一个非常值得深入探讨和研究的奇异现象。
应用价值和现实意义
- 1. 得到的独特结构的ZnO纳米薄膜材料具有独特的光学性能，其高折射率性质可用于光学仪器的透镜材料的制备，尤其是纳米器件的制作。材料的发光性能可用于制备发光元件，有着广阔的应用前景。 2. 所得材料比表面积大，在制作敏感性元件方面具有潜在应用价值。 3. 简单独特的制备方法，对制备条件要求不高，一旦实现器件化，将有利于大规模生产，且由于制备成本较低，也会有非常广阔的市场前景。
学术论文摘要
- 本工作采用一种简单而独特的热氧化制备方法，获得一种具有独特“花簇结构”形貌特征的ZnO纳米薄膜，之前未见报道，这种“花簇”结构花瓣由厚度约70纳米的薄片组成，夹杂直径约20nm的纳米线‘花蕊’，由于其独特的层次结构，展现出一些独特的物理特性。薄膜结构中的纳米线特别是纳米片对光具有高通透性；材料的吸收光谱和荧光光谱分析表明，样品在非常宽的范围的多个波段都存在荧光发射。PL谱显示，样品在514nm光源激发下，在可见光区的红光段有荧光发射,紫外和可见吸收光谱显示，在紫光区的399纳米、415纳米和435纳米附近有明显的吸收峰，在近紫外的315纳米和390纳米附近有强的吸收峰，其中吸收光谱390nm波长附近陡峭的“台阶”是一个非常奇异现象。文章从机理上简要讨论了各种波长发射的可能，并将自己的工作与别人的工作进行了对比分析和讨论。
获奖情况
- （1）2011年3月在第六届学生课外科技创新大赛获校级“特等奖”。 （2）2011年5月在云南省第六届大学生课外科技创新大赛获省级“一等奖”。
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] J.E.Jaffe and A.C.Hess,Phys.Rev.B 48(1993) 7903. [2]D.C.Look and B.Claflin,Phys.Stat.Soc.(b) 241 (2004) 624. [3] 邓磊雷. ZnO薄膜的制备及其特性研究[D].厦门:厦门大学，2007. [4]C.H.Bates,W.B.White,and R.Roy,Science 137(1962) 993. [5] 邓允棣.氧化锌掺杂的研究进展[J].科协论坛,2007(7): 51. [6]Service R F.Materials Science:Will UV Lasers Beat the Blues[J].Science.1997,276:895-898. [7]BagnallL D M,Chen Y F,Zhu Z et al.Opticalfy pumped lasing Of ZnO at roomtemperature[J].Appl.Phys.Lett.1997,70(17):2230-2232.films[J].Appl.Phys.Lett.1998,73(25):3656-3358. [8]Zu P,Tang Z K,Wang G K L,Kawasaki M,Ohtomo A,Koinuma H,Segawa Y.Ultraviolet spontaneous and stimulated emissions form ZnOmicrocrystallite thin films at room temperature[J].Solid State Communications.1997,103(8):459-463. [9]龚恒翔.多晶氧化锌薄膜的制备和结构、电学、光学特性研究[D].兰州大学博士学位论文 2002 [10]魏素凤.氧化锌薄膜与纳米棒的制备及其光学性能的研究[D].吉林大学博士学位论文2009
同类课题研究水平概述
- ZnO作为近年来发展起来的近紫外发光材料，目前已成为热门的研究课题。早在1994年，浙江大学硅材料国家重点实验室叶志镇教授课题组就开展了ZnO材料的研究工作，并成功生长了高度c轴择优取向的ZnO晶体薄膜，是国内最早开展ZnO研究的单位之一。近期，人们依据ZnO材料的特性，将注意力偏聚于材料的掺杂制备方面，1997 年，日本Yzmanashi大学的Kazunori Mine-gishi等人用含有Zn的ZnO粉末作为源材料在蓝宝石上生长ZnO膜;2000年,日本Sjizuoka大学的Aoki等利用准分子激光将磷掺杂于ZnO薄膜中生长出P型ZnO,1999年,日本Kochi大学的Yamamoto等研究了N，Al 联合掺杂，获得施、受主联合掺杂的P型ZnO;2001年,美国的Missouri州立大学的Ryu等人人首次用脉冲激光融蚀法在（100）面GaAs基片上采用砷掺杂获得P型ZnO膜。国内许多研究小组在致力于ZnO方面的研究工作，为最终制备ZnO基紫-蓝光二极管和激光器等光电器件而努力工作着。兰州大学龚恒翔用磁控溅射法在玻璃衬底上制备的氧化锌薄膜的透过率谱看到了红光段的吸收现象。林碧霞、傅竹西等用直流反应溅射方法淀积的ZnO 薄膜在空气中不同热处理温度所得到的光致发光光谱。看到在相同气氛下热处理, 随热处理温度升高绿光强度增大, 紫外强度先增后减。他们实验结果表明:此氧化锌薄膜在390nm附近存在近紫外发光，520nm附近处有黄绿光发射；研究表明，ZnO纳米材料具有各种优良的性能，在现代工业中起着非常重要的基础作用，ZnO是一种新型的直接带隙宽禁带化合物半导体材料，这种半导体材料具有热稳定性高、抗辐射性好、生物兼容性、外延生长温度低、成膜性好、能够进行湿法刻蚀等优点，而且，ZnO无毒无污染，是一种绿色环保型材料。在纳米领域也表现优异，拥有各式各样的纳米结构，如量子点、纳米线、纳米管、纳米棒、纳米环等等，利用ZnO纳米材料具有比氮化镓更加优异的光电性能，可实现性能良好的ZnO基纳米光电器件。所以，ZnO被人们认为是一种新一代的半导体光电材料，它不仅可以作为氮化镓的替代材料，更可以开创许多新的运用领域，具有十分广阔的运用前景。
