• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      一維ZnO納米材料的制備技術(shù)研究

      2019-05-14 10:32:16夏世欽王靜劉新儒馬凱趙晨媚吳麗冰張正國
      生物化工 2019年2期
      關(guān)鍵詞:氧化鋅襯底掃描電鏡

      夏世欽,王靜,劉新儒,馬凱,趙晨媚,吳麗冰,張正國,2*

      (1.北方民族大學(xué) 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院,寧夏銀川 750021;2.北方民族大學(xué) 國家民委化工技術(shù)基礎(chǔ)重點實驗室,寧夏銀川 750021)

      氧化鋅(ZnO)是一種很有前景的N型半導(dǎo)體材料,其直接帶隙為3.37 eV,這確保了光學(xué)透明度,激子束縛能為60 meV,有利于得到更高的電子密度和便于電子注入,且電子遷移率大于1 cm2/(V·s),遠(yuǎn)高于二氧化鈦(TiO2)。由于具有優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)性能,ZnO在多種發(fā)光器件、太陽能電池、壓電換能器、表面聲波器件、氣敏傳感器、顯示屏和照明等方面用途較為廣泛且具有寬闊的應(yīng)用前景[1-3]。近年來,采用ZnO的傳統(tǒng)p-n結(jié)型太陽能電池(如染料敏化電池DSSC、鈣鈦礦電池、量子點敏化電池)得到廣泛關(guān)注,一維的ZnO納米結(jié)構(gòu)可提供更直接的電子傳輸通道,有效降低電池相鄰各材料間電子傳輸?shù)木Ы鐒輭竞蜏p少電子傳輸過程中的損耗,同時文獻表明,在染料敏化太陽能電池中,一維ZnO納米材料可明顯提高染料俘獲量和抑制載流子復(fù)合[4-7]。在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域,應(yīng)用ZnO納米棒陣列比常規(guī)ZnO納米顆粒具有強大優(yōu)勢。2015年,Lee等[8]制備了ZnO納米顆粒并加工成不同厚度的ZnO薄膜層,組裝的鈣鈦礦太陽能電池獲得了6.59%的光電轉(zhuǎn)換效率。同年,Park等[9]制備了ZnO納米棒陣列并進行了納米棒表面氟鈦酸銨處理,組裝的鈣鈦礦太陽能電池獲得了14.35%的光電轉(zhuǎn)換效率。2016年,Amassian等[10]制備了氮摻雜ZnO納米棒陣列,并在納米棒表面進行聚乙烯亞胺表面處理,使組裝的鈣鈦礦太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到16.1%。本文詳細(xì)列舉和對比了較成熟的7種ZnO納米棒陣列的制備技術(shù),為以上研究領(lǐng)域?qū)W者作為參考。

      1 常用制備方法

      1.1 水熱法

      采用水熱法在載玻片上生長ZnO種子層,將0.3 mol/L的乙酸鋅溶液放在一個能夠旋緊的帶蓋容器中,向其中注入60 mL去離子水并借助超聲充分溶解,然后向溶液中滴入氨水。之后將生長有ZnO的納米顆粒層(約50 nm)的FTO玻璃片垂直放入容器的支架上,并將蓋子擰緊。最后把容器放入溫度為95 ℃的烘箱中,持續(xù)加熱3 h后取出容器,在空氣中冷卻1.5 h,最后把冷卻后的樣品取出,并用去離子水反復(fù)清洗,直至表面沒有殘留物[11-12]。實驗中用到的FTO的方塊電阻為50 Ω/cm2,F(xiàn)TO玻璃片的清洗依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗[13-14]。如圖1所示,利用水熱法在較低的溫度下(95 ℃)生長了具有比較好的形貌和結(jié)構(gòu)的ZnO納米棒陣列。

      1.2 化學(xué)氣相沉積法

      該法在單晶硅襯底上生長多晶氧化鋅納米線。首先將二乙基鋅保存在鋼瓶冷阱中,溫度設(shè)定為6℃,隨后用高純的氫氣(99.999%)作為載氣,將有機源運載進生長室,硅片經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)清洗、干燥處理后,立即放入生長室。在小于2×10-4Pa的接近真空條件下,通入氬氣和氫氣,同時將襯底加熱到預(yù)定好的溫度,然后引入RF射頻等離子體,對襯底進行前處理。30 min后,通入有機源和二氧化碳,開始生長氧化鋅薄膜[15]。由圖2可知,生長的氧化鋅納米線根部較粗(如圖2a),愈往上愈細(xì)(如圖2b)。

      圖1 水熱法制備的ZnO納米棒陣列掃描電鏡照片

      圖2 化學(xué)氣相沉積法制備的ZnO納米線的掃描電鏡照片

      1.3 模板法

      本實驗以醋酸鋅為原料,草酸銨作為沉淀劑,并且以表面活性劑SDS、PEG6000、過氧化氫作為軟模板,在40 ℃的條件下,采用液相法制得前驅(qū)物、再將前驅(qū)物在900 ℃燒2 h得到白色的氧化鋅粉體[16]。圖3的掃描電鏡照片顯示制備出的氧化鋅粉體為粗短的ZnO納米棒。加入不同量的模板劑所得氧化鋅樣品的光學(xué)性能呈現(xiàn)出差異性,加入不同的模板劑氧化鋅粉體的光學(xué)性能變化趨勢不同,如圖3是加入模板劑H2O2與鋅離子的濃度之比在1.5∶1和1.75∶1時氧化鋅的生長情況。

      1.4 熱分解法

      熱分解法一般采用醋酸鋅受熱分解得到ZnO。Kourosh等[17]使用簡單的熱分解法制備了一維ZnO納米棒,并用于亞甲基藍(lán)的光催化脫色研究。在300℃溫度下,分別在真空、空氣條件下加熱乙酸鋅二水合物,保溫3 h,自然冷卻后使用乙醇和去離子水洗滌產(chǎn)物,得到的納米棒如圖4所示。

      兩種條件下制備的ZnO納米棒直徑小于100 nm,棒長度在100 nm~1 μm范圍內(nèi)不等。從圖4(a)可以看出,一些納米棒團簇比較嚴(yán)重,棒狀結(jié)構(gòu)不能很好地生長,這可能是由于氧氣供應(yīng)不足造成。圖4(b)顯示在空氣中合成的ZnO納米棒分離良好,結(jié)晶度更高。

      圖3 H2O2與鋅離子不同濃度比時ZnO納米棒的掃描電鏡照片,(a)濃度比為 1.5∶1 ,(b)濃度比為 1.75∶1

      圖4 熱解法在(a)真空和(b)空氣中制備的ZnO納米棒的掃描電鏡照片

      1.5 脈沖激光沉積法

      Inguva等使用脈沖激光沉積法制備了高度垂直于襯底、排列緊密、棒表面光滑的一維ZnO納米棒陣列,并研究了其光學(xué)性能。該法首先對Si(100)襯底分別用丙酮和異丙醇清洗,然后在450 ℃溫度下,在襯底上使用脈沖激光沉積法沉積120 nm厚的ZnO種子層。在800 ℃溫度下退火110 min后繼續(xù)沉積2 h,最后在150 ℃溫度下退火75 min,得到了ZnO納米棒樣品陣列[18-19]。

      圖5 脈沖激光沉積法制備的一維ZnO納米棒掃描電鏡照片

      1.6 分子束外延法

      分子束外延法通常只能得到納米ZnO顆粒薄膜,很難獲得納米棒結(jié)構(gòu)。鄭志遠(yuǎn)等[20]使用等離子體輔助的分子束外延法,在500℃溫度和納米金的催化下制備了ZnO納米棒陣列,并研究了其光學(xué)性能。在Si(111)襯底上,所制備的ZnO納米棒陣列與襯底高度垂直,棒直徑為20~30 nm且排列整齊、均勻,且ZnO納米棒地垂直生長,如圖6所示。

      圖6 分子束外延法制備的一維ZnO納米棒掃描電鏡照片

      2 結(jié)語

      以上各種制備技術(shù)各有優(yōu)缺點,水熱法的操作較為簡便,且溫度較易控制,但是當(dāng)溫度持續(xù)升高時,生長出的ZnO納米棒的密度增大,品質(zhì)變差。利用化學(xué)氣相沉積法易于實施多種元素?fù)诫s,但要求氣流量和溫度控制要十分精確,組分之間的變換要迅速。模板法制備納米棒是以醋酸鋅和草酸銨為原料,利用液相法在較低的溫度下可制備出純度較高,結(jié)品性較好的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化鋅粉體作加入模板劑后紫外吸收峰有獻移現(xiàn)象。熱解法制備的納米棒直徑和長短不一,適用于光催化等領(lǐng)域的應(yīng)用。激光脈沖沉積法和分子束外延法制備的薄膜具有較好的均勻性,不過對設(shè)備和沉積條件要求較高。

      綜上所述,本文對各種一維ZnO納米棒的制備技術(shù)和進展進行了介紹和比較,為太陽能電池、光催化等半導(dǎo)體研究領(lǐng)域的學(xué)者提供了參考。

      猜你喜歡
      氧化鋅襯底掃描電鏡
      硅襯底LED隧道燈具技術(shù)在昌銅高速隧道中的應(yīng)用
      掃描電鏡能譜法分析紙張的不均勻性
      智富時代(2018年7期)2018-09-03 03:47:26
      掃描電鏡在雙金屬層狀復(fù)合材料生產(chǎn)和研究中的應(yīng)用
      電線電纜(2017年4期)2017-07-25 07:49:48
      大尺寸低阻ZnO單晶襯底
      氧化鋅中氯的脫除工藝
      銦摻雜調(diào)控氧化鋅納米棒長徑比
      基于PSO-GRG的背散射模式掃描電鏡的數(shù)字處理及應(yīng)用
      大尺寸低阻ZnO 單晶襯底
      大尺寸低阻ZnO 單晶襯底
      氯霉素氧化鋅乳膏的制備及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
      青龙| 江山市| 武强县| 固镇县| 万盛区| 札达县| 阜康市| 抚宁县| 满城县| 泊头市| 呼和浩特市| 嘉兴市| 石台县| 江阴市| 洮南市| 北辰区| 吴桥县| 科技| 拉孜县| 蒲江县| 启东市| 盘山县| 华亭县| 宁乡县| 南漳县| 吴桥县| 海晏县| 咸宁市| 莆田市| 武穴市| 上栗县| 富蕴县| 广德县| 苏尼特左旗| 康乐县| 泰顺县| 延津县| 承德县| 九江市| 益阳市| 孝义市|