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1、河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文超聲噴霧熱解法制備ZnO納米材料及其性能研究摘要ZnO納米材料是多功能氧化物半導(dǎo)體材料和納米材料的完美結(jié)合，其在液晶顯示、太陽電池、傳感器及紫外發(fā)光器等諸多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。超聲噴霧熱解法(USP)是一種簡(jiǎn)單、低成本的薄膜生長(zhǎng)方法，它易于摻雜和實(shí)現(xiàn)大面積生長(zhǎng)，目前已獲得較高晶體質(zhì)量的ZnO薄膜和P型ZnO薄膜，然而對(duì)納米材料的研究卻很少。本論文利用USP技術(shù)制備了多種不同形貌的ZnO納米結(jié)構(gòu)，研究了工藝參數(shù)(襯底溫度、霧化速率、襯底類型、摻雜)對(duì)納米ZnO結(jié)構(gòu)性能的影響。通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)和光致發(fā)光(PL)對(duì)不同
2、條件下生長(zhǎng)的納米ZnO進(jìn)行了表征。不同襯底溫度的普通玻璃襯底上獲得了一維的ZnO納米棒。研究發(fā)現(xiàn)，襯底溫度對(duì)納米棒的形成很關(guān)鍵。在410℃時(shí)獲得的“鉛筆頭”狀ZnO納米棒的晶格缺陷較少，結(jié)晶質(zhì)量較好。固定襯底溫度為410℃，微調(diào)霧量和生長(zhǎng)時(shí)間，研究霧化速率對(duì)ZnO納米棒的影響。結(jié)果表明，霧化速率為0.267ml/min時(shí)c軸取向度較好，納米棒純度較高。本系列實(shí)驗(yàn)還得到了二維的納米梳，它是由納米片上長(zhǎng)齒形成的。在Si和FTO襯底上獲得了ZnO納米片。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO襯底上，410℃得到的納米片的結(jié)晶質(zhì)量和光致發(fā)光特性最優(yōu)；對(duì)于Si襯底來說，410℃獲得納米片的結(jié)晶質(zhì)量較好，而
3、光致發(fā)光特性則是420℃時(shí)最優(yōu)。通過對(duì)ZnO摻In獲得了ZnO納米盤，摻Al獲得了ZnO納米花。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，摻雜元素不僅可以優(yōu)化薄膜的電學(xué)特性，而且對(duì)納米結(jié)構(gòu)的制備有重要的作用。將FTO襯底上獲得的ZnO納米片作為光陽極應(yīng)用于染料敏化電池中，制備了ZnO納米片染料敏化太陽電池，其光電轉(zhuǎn)化效率為0.23%。關(guān)鍵詞：ZnO納米材料，納米棒，納米盤，納米片，超聲噴霧熱分解法，ZnO納米片染料敏化太陽電池i超聲噴霧熱解法制備ZnO納米材料及其性能研究PREPARATIONANDPROPERTIESSTUDYOFZnONANOMATERIALSBYULTRASONICSPRAYPYRO
4、LYSISABSTRACTZnOnanomaterialsareanexcellentcombinationofmultifunctionaloxidesemiconductorandnanomaterials.Ithasmuchpotentialapplicationinmanyfields,suchasLCDdisplays,solarcells,sensorsandUVopticaldevices.UltrasonicSprayPyrolysis(USP)techniquehasseveraladvantagessuchassimplicity,lowcost,the
5、possibilityofcoatlargeareasanditseaseofdoping.IthasbeenusedtodepositthehighqualitiesZnOfilmsandptypeZnOfilmsatpresent.However,therearefewreportsaboutZnOnanomaterialsbyUSP.VariousZnOnanostructureswerepreparedbyUSP.TheinfluencesofgrowthparametersonfeaturesofZnOthinfilmswerestudied,suchassubs
6、tratetemperatures,substratetypes,atomizationfluxanddoping.Scanningelectronmicroscopy(SEM),X-raydiffraction(XRD)andPhotoluminescence(PL)spectrumwereemployedtocharacterizethefeaturesofZnOthinfilms.ZnOnanorodsweresynthesizedonglassatvarioussubstratetemperatures.Theinvestigationofstructureprop
7、ertiesindicatedthatsubstratetemperaturewasthekeyfactortoformZnOnanorods.Withtheshapeofpencil-head,ZnOnanorodsfabricatedat410℃hadhighercrystalqualityandlowerdefect.Theeffectsofatomizationfluxonnanorodswerestudiedbychangingatomizationandgrowthtime.Itwasfoundthat
