PDF《ZnO 纳米花的制备及其性能》

PLD 是利用高能量的脉冲激光束加热靶 材, 在衬底上生长纳米材料;

而CVD 是原料通过发 生化学反应, 在衬底上直接生长纳米材料 [11] . 由于 CVD 具有设备简单、 成本低、 效率高等特点, 已成 为制备一维ZnO纳米材料的常用方法. 例如: Zhuo 等[12] 通过 CVD 在硅片上制备出 ZnO 纳米树状结 构, 并研究了其微波吸收特性;

陈速娟等 [10] 通过 CVD 在掺铝的氧化锌薄膜 (AZO) 上制备 ZnO 纳 米材料, 并研究了衬底退火温度对其形貌和发光的 影响;

Calestani 小组 [13] 在透明导电薄膜 (TCO) 上 制备 ZnO 纳米棒, 发现 ZnO 纳米棒的形貌和方向 主要与 TCO 的颗粒形貌和结晶度有关. 从近期发 表的文章可知, 通常用来制备一维 ZnO 纳米材料 的基片大多为半导体 [13] 、 绝缘体 [14,15] , 而在金属 基片(例如铜箔、 铝箔等)上制备ZnO纳米材料的研 究较少 [16?19] . 金属基片具有良好的延展性、 导电 性、 导热性等特点, 是一种非常有应用前景的电极 材料. 例如 Huang 和Yuan [17] 通过 CVD 在铜箔基 片上制备出ZnO纳米线, 用于场致电子发射性能的 研究;

Dugaiczyk 等[16] 通过 CVD 在铜箔基片上制 备出垂直的 ZnO 纳米线用于研究其在非易失存储 器等方面的应用. ? 国家自然科学基金 (批准号: 11074041, 11374052) 和福建省自然科学基金 (批准号: 2012J01256, 2013J01174) 资助的课题. ? 通信作者. E-mail: [email protected] ?

2015 中国物理学会 Chinese Physical Society http://wulixb.iphy.ac.cn 207802-1 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 64, No.

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207802 本文利用 CVD, 在无催化剂的条件下, 以铜箔 基片为衬底, 通过加热 Zn 粉, 成功制备出新颖的 ZnO纳米花结构. 进一步研究了不同的氧气和氩气 流量比例对ZnO纳米花的形貌、 晶体结构和光学性 质的影响. 发现随着氧气氛的变化, 相关的缺陷发 光峰也在改变. 并在此基础上提出了一种在铜箔基 片上制备ZnO纳米花结构的生长模型.

2 实验实验采用高真空水平管式炉通过 CVD 制备 ZnO 纳米花结构. 典型的实验过程如下: 首先将铜 箔基片依次放置于浓度为 35% 的浓盐酸和酒精溶 液中进行超声清洗, 结束后取出并用 N2 (99.99%) 吹干, 放置于石英舟内;

接着在其上游 5.5 cm 处放 置研磨均匀的高纯锌粉(99.99%, 0.17 g), 然后将石 英舟置于水平管式炉的加热中心;

最后对水平管式 炉抽真空, 待真空度达到 3.4 Pa 时, 以20 ? C/min 的升温速率加热至

600 ? C, 当达到预定温度时, 通入250 sccm (1 sccm =

1 ml/min) Ar(99.999%) 和1sccm O2 (99.99%) 开始进行生长,

8 min 后停止 加热, 自然冷却至室温. 不同形貌的 ZnO 纳米花结 构生长条件基本一样, 只是在生长过程中改变了氧 气和氩气的流量比例. 本文通过多种实验技术对样品进行了表征分 析. ZnO纳米花的晶体结构采用日本Rigaku Mini- FlexII型X射线衍射(XRD)仪进行测量;

通过日立 SU8010 型扫描电子显微镜 (SEM) 观察 ZnO 纳米 花的表面形貌;

通过 Fluorolog 3-22 型荧光光谱仪 测量ZnO纳米花的光致发光(PL)谱.

3 结果与讨论 首先, 利用扫描电子显微镜观察了氧气和氩气 的流量比例为1 : 250时样品的形貌, 结果如图

1 (a) 所示. 从图中可以看出 ZnO 纳米结构以团簇的形 式出现, 每个团簇有许多 ZnO纳米棒, 每根ZnO 纳 米棒都垂直生长在铜箔基片表面的圆形小球上, 如 同自然界中的刺球花 (如图