氧化锌纳米材料制备及应用

第1章绪论1
1.1纳米科技与纳米材料1
1.2纳米材料与能源、环境的关系2
1.3纳米材料简介3
1.3.1纳米材料特性3
1.3.2纳米材料分类7
1.3.3纳米材料的表征7
1.4纳米半导体材料的特殊性质21
1.4.1光学性质21
1.4.2光催化特性22
1.4.3光电转换特性22
1.4.4电学特性22
1.4.5表面活性与敏感特性23

第2章氧化锌纳米材料的制备25
2.1氧化锌的结构和基本性质25
2.2氧化锌纳米材料的制备28
2.2.1水热合成法28
2.2.2电化学生长法30
2.2.3化学气相沉积法31
2.2.4溶胶-凝胶法34
2.2.5沉淀法35
2.2.6磁控溅射36
2.2.7分子束外延37
2.2.8原子层沉积39

第3章表面活性剂辅助电化学沉积制备多孔ZnO薄膜41
3.1表面活性剂的作用及分类41
3.1.1表面活性剂的作用41
3.1.2表面活性剂的分类42
3.2利用表面活性剂调控纳米材料的形貌43
3.2.1表面活性剂在纳米材料合成中的作用44
3.2.2表面活性剂聚集体在辅助纳米材料合成中的作用机理45
3.3表面活性剂在纳米氧化锌合成与制备中的作用49
3.3.1表面活性剂的特性49
3.3.2离子型表面活性剂辅助合成纳米氧化锌50
3.3.3非离子型表面活性剂辅助合成纳米氧化锌52
3.3.4表面活性剂对纳米氧化锌的性能的影响53
3.4电化学沉积法55
3.4.1电化学沉积的基本理论及影响因素55
3.4.2电沉积 ZnO 薄膜的体系58
3.5表面活性剂辅助电化学制备ZnO薄膜59
3.5.1实验方案60
3.5.2电化学沉积ZnO薄膜的原理及特点61
3.6SDS参与的电沉积ZnO薄膜62
3.6.1循环伏安(CV)曲线62
3.6.2薄膜的晶体结构分析64
3.6.3沉积电压对薄膜表面形貌的影响64
3.6.4溶液中Zn2+浓度对薄膜表面形貌的影响65
3.6.5SDS含量对薄膜表面形貌的影响65
3.6.6ZnO薄膜表面元素含量67
3.6.7光学性能表征70
3.7CTAB参与的电沉积ZnO薄膜71
3.7.1循环伏安(CV)图71
3.7.2XRD分析71
3.7.3不同CTAB含量的薄膜SEM图72
3.7.4不同沉积电压对薄膜形貌的影响72
3.7.5ZnO薄膜表面元素含量73
3.7.6ZnO薄膜光学性能表征75
3.8机理分析76
3.9本章小结77

第4章溶胶-凝胶法制备纳米ZnO多孔薄膜79
4.1溶胶-凝胶法79
4.1.1溶胶-凝胶技术的发展过程79
4.1.2溶胶-凝胶技术的特点80
4.1.3溶胶-凝胶技术的实现途径81
4.1.4溶胶-凝胶法的工艺过程85
4.1.5溶胶-凝胶法的影响因素88
4.1.6溶胶-凝胶法在材料合成中的应用89
4.1.7溶胶-凝胶法制备薄膜的方法93
4.2无机盐络合溶胶-凝胶法制备介孔ZnO薄膜96
4.2.1无机盐络合物溶胶-凝胶法96
4.2.2试验方案99
4.2.3凝胶的红外光谱分析101
4.2.4干凝胶的DTA-TG分析102
4.2.5制备条件和参数对薄膜的影响103
4.2.6ZnO薄膜的光学性能109
4.2.7ZnO薄膜的比表面积和孔分布111
4.3PEG辅助的溶胶-凝胶法制备多孔ZnO薄膜114
4.3.1模板组装化学114
4.3.2实验方案117
4.3.3聚乙二醇的结构特性118
4.3.4Zn(AC)2-PriOH-DEA-PEG系胶体的性质119
4.3.5多孔结构形成过程的影响因素122
4.3.6性能表征125
4.4本章小结129

第5章表面活性剂辅助直接沉淀法制备ZnO纳米结构材料130
5.1沉淀法130
5.1.1沉淀法的基本原理及特点130
5.1.2沉淀法制备粉体反应中单体颗粒的核化与生长131
5.1.3沉淀法在制备氧化锌材料中的应用132
5.2直接沉淀法制备ZnO纳米材料133
5.2.1实验方案133
5.2.2实验方法134
5.3直接沉淀法制备ZnO纳米材料134
5.3.1物相及形貌分析134
5.3.2形成机理分析135
5.4PVA辅助的直接沉淀法制备ZnO纳米材料136
5.4.1物相及形貌分析136
5.4.2PVA作用机理分析138
5.5CTAB辅助直接沉淀法制备ZnO纳米材料138
5.5.1物相及形貌分析138
5.5.2CTAB作用机理分析138
5.6制得不同形貌的纳米氧化锌的原因分析140
5.7紫外-可见光吸收光谱140
5.8本章小结141

第6章金属离子掺杂纳米ZnO的表征及发光性能142
6.1半导体氧化锌的发光理论142
6.1.1半导体中的能带142
6.1.2与发光有关的缺陷143
6.1.3掺杂半导体理论144
6.1.4载流子的复合147
6.2常用发光表征方法149
6.2.1光致发光谱149
6.2.2拉曼光谱151
6.3ZnO的光学性质153
6.3.1激子复合发光155
6.3.2带间跃迁发光156
6.3.3杂质或缺陷能级跃迁发光156
6.4实验方案156
6.5络合物结构分析157
6.6干凝胶的热分析158
6.7物相组成及形貌分析158
6.8红外光谱分析162
6.9金属离子掺杂纳米ZnO的光学性能163
6.9.1紫外-可见-近红外吸收光谱163
6.9.2金属离子掺杂纳米ZnO的PL图谱165
6.10本章小结167

第7章氧化锌纳米材料的应用168
7.1氧化锌纳米材料在能源中的应用168
7.1.1氧化锌的室温光致发光168
7.1.2氧化锌在新型光伏电池中的应用170
7.1.3氧化锌在透明导电薄膜中的应用178
7.1.4氧化锌的压电效应179
7.2氧化锌纳米材料在环境中的应用180

参考文献184