氧 化 鋅 量 子 棒

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1、氧化鋅量子棒黃鵬青海民族大學(xué)物電院08級(jí)電子（2）班應(yīng)用物理學(xué)部門和應(yīng)用數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程學(xué)和材料的研究中心,哥倫比亞大學(xué),紐約，紐約10027，和功能納米材料中心，美國(guó)布魯克哈文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，11973紐約厄普頓，2003年12月收到。電子郵箱：so188@columbia.edu氧化鋅，氧化鋅,是一種廣泛的關(guān)于帶隙基準(zhǔn)半導(dǎo)體寬應(yīng)用范圍包括藍(lán)/紫外（UV）光電器件及壓電器件。,因?yàn)檠趸\奈米結(jié)構(gòu)在紫外激光技術(shù)的應(yīng)用的潛能，引起了人們的極大興趣。大量重60mV的氧化鋅激子束縛能，使之成為室溫激射一個(gè)有吸引力的候選材料，并且氧化鋅納米結(jié)構(gòu)給低維提供了條件，進(jìn)一步提高激光由于量子限制效

2、應(yīng)的可能性。在物理科學(xué)界，過(guò)去幾年內(nèi)對(duì)氧化鋅納米結(jié)構(gòu)制造進(jìn)行了研究并對(duì)它們的光學(xué)性能進(jìn)行了優(yōu)化。我們報(bào)告以醋酸鋅在有機(jī)溶劑中的油酸的熱分解而合成的新氧化鋅納米棒，它產(chǎn)生了直徑2nm，長(zhǎng)40-50nm的相對(duì)單分散氧化鋅納米棒（氧化鋅量子棒）。徑是一個(gè)數(shù)量級(jí)小于先前公布的氧化鋅納米棒由其他多種方法制備，并當(dāng)和散裝氧化鋅晶體的光學(xué)性質(zhì)比較會(huì)顯示量子約束有力的證據(jù)。我們?cè)谶^(guò)渡金屬氧化物納米晶合成的最新進(jìn)展促進(jìn)我們準(zhǔn)備氧化鋅納米的實(shí)驗(yàn)。鋅（二）酯（ZnAc2），三辛胺（TOA）時(shí)，油酸（OA），正己烷，丙酮，乙醇從奧爾德里奇高年級(jí)購(gòu)買。在一個(gè)典型的反應(yīng)，在室溫下四mmol干醋酸鋅（鋅（C

3、O2CH3）2，奧爾德里奇）被添加到含有15克毫升三辛胺和三油酸（12毫摩爾）的混合物中。由此產(chǎn)生的混合物迅速加熱至286°C超過(guò)10-15分鐘，混合物變?yōu)辄S色的溶液。當(dāng)溫度維持在286°C間和氮?dú)饬?小時(shí)，該溶液逐漸變?yōu)辄S色和少量的陰暗，這使得氧化鋅納米棒更均勻。這些微粒加入乙醇會(huì)沉淀，冷卻到室溫會(huì)分離并通過(guò)反復(fù)的用正己烷溶液和乙醇清洗沉淀。最終的產(chǎn)品是再分散的沒(méi)有進(jìn)一步的大小選擇的正己烷。在透射電子顯微鏡下，在快速充入100KV的電壓和X粉衍射條件下，鋅氧化物納米結(jié)構(gòu)的特性被了解。透射電鏡樣品制備了一滴水將稀己烷色散晶態(tài)納米表面之銅網(wǎng)格支持著400網(wǎng)格中,上面的真空室1小時(shí)

4、。x射線衍射分析樣品制備納米分散的干燥一個(gè)己烷硅晶片上的一塊。硅多種層次的桿都躺在晶圓片。一個(gè)典型的x射線衍射分析模型（圖一）顯示了高度的結(jié)晶度,所有的山峰和布拉格反射匹配的標(biāo)準(zhǔn)纖維鋅礦結(jié)構(gòu)這個(gè)模式被使用的總體結(jié)構(gòu)及分析軟件,GSAS,更喜歡沿c軸增長(zhǎng)的MarchDollase模型(詳情請(qǐng)見(jiàn)支持信息)。透射電子顯微鏡圖像（圖1）顯示氧化鋅納米結(jié)構(gòu)平均直徑為2.2nm，平均長(zhǎng)度為43nm,范圍在40nm-5onm之間。量子桿聚集成獨(dú)立的棧，他們與他們的長(zhǎng)軸之間彼此平行,在所有的情況下,這可能在準(zhǔn)備訂購(gòu)奈米棒基質(zhì)、納米氧化鋅可能有用,當(dāng)考慮到氧化鋅為依托的光學(xué)應(yīng)用。選定的區(qū)域（保存

5、）電子衍射模式確定高度的結(jié)晶度超過(guò)很小(>0.01im2)區(qū)域(圖2b)顯示每個(gè)桿高度水晶(可能),并且可以單晶的六邊形索引結(jié)構(gòu)鑒定采用x射線衍射(圖1)。高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了(JEOL3000F)。我看到的晶格層開(kāi)啟,確定在納米結(jié)晶度(見(jiàn)提供的信息).高分辨率投射電子顯微鏡允許測(cè)量精度的厚度在2.2±0.2nm..該側(cè)規(guī)模相當(dāng)重波相爾半徑（~1.8-2.0nm）在大量的氧化鋅中。圖1.x—射線粉末衍射模式的氧化鋅納米棒。合適的模式(點(diǎn))是用GSAS和游行　Dollase模型假設(shè)優(yōu)先發(fā)展的c軸。圖2（a）透射電子顯微鏡對(duì)自組裝納米2氧化

6、鋅納米棒直徑（插圖：高清晰度圖片顯示了面向疊加;棒是黑的對(duì)比）。（b）選擇有aelectron衍射圖氧化鋅納米棒　為了確定棒潛在的獨(dú)特光學(xué)特性，我們?cè)谌芤褐羞M(jìn)行了光學(xué)研究，并且觀察了是否量子限制效應(yīng)在光激發(fā)光中扮演重要角色。這個(gè)分散在乙烷中的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)都儲(chǔ)存在一個(gè)石英細(xì)胞。在室溫(RT)(PL)獲得與激勵(lì)的325海里發(fā)射He-Cd10兆瓦的最大功率激光器(強(qiáng)度大約28W/平方厘米)。在圖3中,我們有這樣的光激發(fā)光(固體)連同吸收(固體圈)。在3.53,3.28,3.07和2.57eV下光激發(fā)光能很好的適合高斯曲線(虛線)的峰。三個(gè)這樣的光激發(fā)光峰可能是因?yàn)檠趸\的缺陷(詳情

7、請(qǐng)見(jiàn)支持信息)。3.53eV的高峰接近第一吸收峰(~3.55eV,圖3,插圖)，從而可以指定給一個(gè)激子的過(guò)渡。在室溫下，量子限制顯示的效果下，批量轉(zhuǎn)換的情況下，這個(gè)峰值(和吸收峰)明顯高于自由激子的峰值。用計(jì)算的原理制備的直徑圓柱狀模型能很好的與無(wú)限的障礙契合（在支持信息中已經(jīng)經(jīng)過(guò)了計(jì)算）。該收益率的半徑~1.3nm與在投射電子顯微鏡下觀察到的結(jié)果一致（厚度/直徑=2.2nm）。而且，電子波的滲透到周圍介質(zhì)的長(zhǎng)度精確測(cè)量為~0.2nm，得到的值能在瞬變電磁法下驗(yàn)證。在桿狀涂上了一層單層的油酸