内容发布更新时间 : 2024/4/26 15:07:33星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

ZnO半导体纳米材料的研究

目 录

Abstract： 2 Keywords： 3

引言 3

一、 ZnO纳米材料的概况 4

1.1 ZnO晶体结构 4 1.2 ZnO纳米的结构 5

1.2.1 ZnO纳米棒阵列薄膜的结构与形貌 6 1.2.2 梳子状ZnO纳米结构 7

二、ZnO的制备方法 8

2.1 热蒸发法 8 2.2模板辅助生长法 9 2.3化学气相沉积法 10 2.4 水热法和溶剂热法 10

三、纳米技术的应用 11

3.1 纳米技术在陶瓷领域的应用 11 3.2 纳米技术在化工领域的应用 12 3.3 纳米技术在医学领域 12 3.4 技术在分子组装方面的应用 13 3.5 其它 13

四、纳米ZnO的前景展望 13 参考文献 14

摘要:ZnO纳米材料是至少在一个维度上为纳米尺寸的分子及以其为单元组成的

材料。由于其特殊的结构和性质，这种材料可以作为未来纳米分子电子器件、小分子吸附及储存材料。本文将从合成、结构、性质、应用等方面，结合最新进展对这一充满活力并有着应用前景的领域作一简要概述。包括ZnO纳米材料的基本概念、特性、制备方法、应用以及发展前景等。

关键词：ZnO纳米材料，制备及合成，性能，应用

Abstract： Keywords：

引言

最近十年，具有压电和光电特性的ZnO材料受到了国内外学术界的广泛关注。 ZnO是一种新型的Ⅱ-Ⅵ族直接宽带隙半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，激子束缚能为60meV。作为一种多功能氧化物半导体，ZnO及掺杂ZnO纳米材料已经成为目前大家研究的热点

【1】

。

纳米级ZnO由于粒子尺寸小，比表面积大，具有表面效应、量子尺寸效应和小尺寸效应等，与普通ZnO相比，表现出许多特殊的性质，如ZnO具有无毒和非迁移性、荧光性、很高的导电、导热性能和化学稳定性及良好的紫外吸收性能，这一新的物质形态，赋予ZnO这一古老产品在科技领域许多新的用途。如：利用ZnO的体积效应、表面效应和高分散能力，在低温低压下，就可将纳米ZnO作为陶瓷制品的原料直接使用，生产出外观光亮、质地致密、性能优异的陶瓷制品，并可使陶瓷制品的烧结温度降低400~600℃，简化生产工序，降低能耗。同时掺于陶瓷制品中的纳米ZnO又具有抗菌除臭、分解有机物的作用，能极大地提高产品质量

【2】

。利用纳米ZnO的紫外屏蔽能力，可制得紫外线过滤器、化妆品防晒霜

【3】

。纳米ZnO

的比表面积大，使其表面活性中心多，因而可用其作为高效光催化剂来降解废水中的有机污染物、净化环境【4】。并且还广泛应用于橡胶、陶瓷、日用化工、涂料等方面，可以用来制造橡胶添加剂、气体传感器、紫外线遮蔽材料、变压器和多种光学装置。

一、 ZnO纳米材料的概况 1.1 ZnO晶体结构

ZnO有三种不同的晶体结构：纤锌矿结构，四方岩盐矿结构和闪锌矿结构。

ZnO的三种晶体结构示意图(依次为岩盐矿、闲锌矿、纤锌矿结构

绝大部分Ⅱ-Ⅵ族的二元化合物半导体的晶体结构是闪锌矿或者纤锌矿结构，在这些结构中阳离子被四个围成四面体的阴离子所环绕，反之亦然。这种形成四面体的共价键

是典型的sp3杂化方式。不过在这些材料的共价键中实际上含有一定比例的离子键成分。所以ZnO的 Zn-O 键是既具有离子键的性质也具有共价键的性质

【5】

。

ZnO中的缺陷主要有氧空位Vo，锌空位Vzn，氧填隙Oi，锌填隙Zni，反位氧Ozn。这些缺陷可以在材料中起到施主或者受主的作用，影响到材料的电学和光学性能。

一个氧空位Vo相当于在晶体格点上拿走一个电中性的原子，于是Vo处留下两个电子。这两个电子与其周围带正电的Zn2+作用，正负电荷正好抵消，所以Vo处依旧保持电中性。但是这两个电子很容易被激发成为导带的自由电子，因而氧空位Vo起施主作用。当Vo给出两个电子以后，本身便带正电荷，形成正电中心。

同理，锌空位Vzn相当于从Zn格点处拿走一个电中性的Zn原子，于是Vzn处留下两个空穴(即两个正电荷。空穴容易激发到价带成为自由空穴，因而Vzn起受主作用。Vzn给出空穴后带负电，形成负电中心。

锌填隙历Zni，或氧填隙Oi是由于晶格格点的Zn原子或O原子因为热振动而偏离格点位置形成的。这些填隙原子对ZnO的导电性能也有影响。由于Zni原子外层只有两个电子，容易激发成为自由电子，形成正电中心，因而Zni起施主作用。而Oi外层有六个电子，容易从价带获得两个电子构成满电子壳层，形成负电中心，所以Oi起受主作用。一般而言，填隙原子插入晶格格点之间才能形成，因此形成能较高，所以填隙原子的数量一般比空位少。离子