纳米和微米ZnO对鲫鱼的毒性效应研究

以鲫鱼Carassius auratus为实验生物,采用电子顺磁共振等多种检测手段,比较研究了纳米和微米ZnO腹腔注射14d后,其在鲫鱼肝脏和脑部的分布情况以及毒性效应.研究发现,相同浓度的纳米和微米ZnO作用下,纳米ZnO处理组肝脏和脑部Zn含量高于微米ZnO处理组;纳米ZnO对肝脏羟基自由基,肝脏和脑部MDA及GSH的诱导率高于微米ZnO;纳米ZnO对肝脏和脑部SOD活性的抑制作用也高于微米ZnO.但不同浓度纳米ZnO对羟基自由基和MDA的诱导效应及对SOD活性的抑制作用并未随浓度的升高而线性增加.结果表明:相比于微米ZnO,纳米ZnO更易进入肝脏和脑部,进而产生更强的毒性效应.但纳米ZnO的毒性并没有随浓度升高而线性增加.     

掺镁氧化锌薄膜结构及其光学性质的研究

以氧化镁(MgO)掺杂的氧化锌(ZnO)陶瓷靶作为溅射靶材,采用射频磁控溅射方法在玻璃衬底上制备了掺镁ZnO(ZnO:Mg)薄膜样品.通过X射线衍射仪和可见-紫外光分光光度计的测试表征,研究了溅射时间对ZnO:Mg薄膜晶体结构和光学性质的影响.结果表明:ZnO:Mg薄膜的结构和性能与溅射时间密切相关.随着溅射时间的增加,ZnO:Mg薄膜(002)晶面的织构系数减小、(110)晶面的织构系数增大,对应的可见光波段的平均透过率降低.溅射时间为15 min时,ZnO:Mg薄膜样品具有最佳的(002)择优取向生长特性和最好的透光性能.同时ZnO:Mg薄膜样品的禁带宽度随溅射时间增加而单调增大.与未掺杂ZnO薄膜相比,所有ZnO:Mg薄膜样品的禁带宽度均变宽.     

CdS/ZnO核壳结构量子点的制备及其光学性能

通过溶胶-凝胶法制备出ZnO、CdS和CdS/ZnO核壳结构量子点的前驱体,在空气气氛下高温处理后得到壳厚度为10nm左右的CdS/ZnO核壳结构.CdS/ZnO核壳结构会导致紫外吸收边产生明显的红移.与ZnO和CdS相比,核壳结构使CdS/ZnO的激发、发射光谱都产生了明显变化,并且提高了发光强度.研究发现核壳结构会使ZnO和CdS原有的能级结构发生变化.     

准定向ZnO纳米棒阵列的溶液生长制备及光学性质研究

通过溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜,使其充当控制ZnO纳米线(棒)生长的先驱物种子.再采用溶液生长法制备ZnO纳米棒,运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和室温光致发光谱(PL)研究了ZnO样品的结构、形貌和光学性质.结果表明先驱ZnO颗粒薄膜可以控制生长准定向的ZnO纳米棒.样品的PL测试结果表明,溶液法制备的ZnO样品具有微弱的紫外发光峰和宽又强的可见发射波带,可见峰与样品的本征缺陷相关.     

La掺杂氧化锌纳米颗粒的室温拉曼特性

通过固相反应工艺制备了La掺杂ZnO,采用X射线衍射研究了ZnO∶La的结构,测试了其室温拉曼散射特性.XRD结果表明,La掺入ZnO晶格中,ZnO∶La具有六方纤锌矿结构的纳米多晶态,La以替位原子或间隙原子的形式存在于ZnO晶格中.拉曼光谱分析表明,ZnO∶La具有与纯ZnO相同的A1,B1,E1,E2等晶格振动模.由于掺杂的La3+和Zn2+的半径和电荷量不相等,ZnO∶La晶格畸变,局部应力增大,点缺陷增多,载流子浓度改变,ZnO∶La拉曼峰宽化,峰形状不对称,峰位置移动.     

Nd及其与Fe,Mn共掺杂ZnO薄膜的结构与发光特性

采用射频磁控溅射技术在Si(111)衬底上制备了未掺杂ZnO薄膜和Nd及其与Fe,Mn共掺杂ZnO薄膜.通过XRD分析表明,未掺杂ZnO薄膜沿c轴择优生长,掺杂ZnO薄膜偏离了正常生长,薄膜为纳米多晶结构.应用AFM观测所有薄膜的表面形貌,掺杂使ZnO薄膜表面粗糙.室温光致发光谱显示,薄膜出现了395nm的强紫光和495 nm的弱绿光带.Nd掺杂ZnO薄膜的PL谱线峰值强度减弱,Nd与Fe,Mn共掺杂ZnO薄膜的PL谱线峰值强度增强,分析了掺杂引起PL峰强度变化的原因.     

Ag纳米颗粒修饰对La掺杂ZnO纳米棒光催化性能的影响

采用水热法和光沉积制备Ag纳米颗粒修饰的La掺杂ZnO纳米棒,并通过光催化降解甲基橙(MO)溶液,考查了La掺杂浓度和Ag修饰对ZnO纳米棒光催化性能的影响.结果表明:La掺杂和Ag修饰能够提高ZnO纳米棒的光催化性能.La掺杂改变了ZnO纳米棒的结晶质量,La—O键的形成使ZnO晶体的本征吸收边红移且吸收强度增加,同时,La掺杂可提高ZnO电子浓度和形成杂质能级,Ag纳米颗粒的修饰提高了La掺杂ZnO光生电子与空穴对的分离效率,增加了载流子的寿命.与纯ZnO纳米棒相比,La掺杂和Ag修饰的ZnO纳米棒表现出良好的光催化性能.     

Al_2O_3掺杂对ZnO纳米粉体气敏性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了ZnO及掺铝ZnO纳米粉体.利用X射线粉末衍射仪、透射电镜对材料的结构进行了表征.结果表明制备的ZnO及掺铝ZnO纳米材料均属于六方晶系,纤锌矿结构.用纯ZnO和掺铝ZnO做成气敏元件,研究了不同掺杂量对材料的气敏性能的影响.结果表明,铝掺杂均使ZnO对体积分数30×10-6的Cl2的灵敏度有很大的提高,当铝含量为Al2O3/ZnO=0.5%(mol)时,对30×10-6Cl2的灵敏度最高可达800左右.并讨论了纳米氧化物的气敏机理.     

不同Mg掺杂位置对ZnO电子结构、态密度和光学性质的影响

通过一性原理计算, 研究了替代位和间隙位Mg掺杂对ZnO电子结构、态密度和光学性质的影响. 结果表明, 替代位Mg掺杂导致ZnO带隙展宽, 而间隙位Mg掺杂ZnO形成n型半导体. 比较了纯ZnO和不同Mg掺杂位置MgZnO体系的分波和总电子态密度, 并解释了相应的电子结构和光学性质的差别. 发现替代位Mg掺杂和纯ZnO体系的光学特性差别较小, 而间隙位Mg掺杂导致ZnO光吸收边蓝移, 折射率减小, 而且在可见到近紫外光区域 (0到4.2 eV), 具有比纯ZnO更好的光透过性.     

ZnO纳米管的制备及光催化性能研究

采用"化学刻蚀法"成功将制得的ZnO纳米棒(ZnO nanorods,ZnO NRs)转换成ZnO纳米管(ZnO nanotubes,ZnO NTs).利用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)、光致发光谱(photoluminescence,PL)等表征手段对样品的结构、形貌和性能进行了测试表征.实验结果表明,制得的ZnO NRs和ZnO NTs均为具有六方纤锌矿结构的纳米材料.PL结果显示,大比表面ZnO NTs的形成有效地抑制了光生载流子的复合,并产生了更多的表面缺陷,这将会对材料的光催化性能产生影响.紫外光下,ZnO NTs对有机染料罗丹明B的光催化降解效率优于ZnO NRs.     

ZnO纳米网状结构的制备

采用热蒸发技术在镀金Si衬底上实现了ZnO纳米网状结构制备.利用扫描电子显微镜、X射线衍射及光致发光技术对ZnO纳米结构的形貌、晶态结构及发光特性进行了分析.结果表明,源材料ZnO和C的质量比为6∶1时有利于ZnO纳米网状结构的形成,该结构由一维纳米线和二维纳米片状结构组成.纳米网状结构主要由晶态ZnO组成.室温的光致发光谱分析结果显示,所制备的纳米ZnO网状结构呈现出了较强的紫外光发射的特征.     

孔隙率对氧化锌/多孔硅光致发光的影响

用电化学方法制备不同孔隙率的多孔硅,然后用脉冲激光沉积的方法,以多孔硅为衬底生长氧化锌(ZnO)薄膜,研究多孔硅的孔隙率对ZnO薄膜的质量和光致发光谱的影响,用X射线衍射仪和扫描电子显微镜表征ZnO薄膜的结构性质.结果表明,当多孔硅的孔隙率较大时,沉积的ZnO薄膜为非晶结构.沉积上ZnO薄膜之后,多孔硅的发光谱蓝移,由于ZnO薄膜缺陷较多,其深能级发光较强.ZnO的深能级发光与多孔硅的橙红光相叠加,得到了可见光区宽的光致发光带,呈现白光发射.     

碳掺杂ZnO的制备及光电性能

以乙烯基乙二醇为C源,通过简单的液相法制备了C掺杂的ZnO.通过XRD和XPS分析确定C取代ZnO中的O位,掺杂后的ZnO仍为六方纤锌矿结构.将C掺杂ZnO用作染料敏化太阳能电池阳极材料,电池性能各项参数均有所提高,其中光电流提高了40%,光电转化效率提高了32%.采用交流阻抗进一步研究了ZnO染料敏化太阳能电池界面电阻和电子传输性质.     

Au对于ZnO(0001)面上Zn空位的影响

ZnO因其独特的光学性能和良好的电学特性,成为近几年来半导体研究领域中人们关注的热点材料.而在纳米尺度下,ZnO材料的热学、光学、磁学和电学性质更是表现出许多奇异特性,在许多领域有着重要应用,产业化前景看好,成为目前极具开发潜力的材料.如何制备、生长、利用功能型纳米ZnO材料组装高性能的微电子器件已成为当今人们研究的焦点课题.气相沉淀法(VLS)法是目前制备ZnO纳米结构的常用方法,利用活性剂对ZnO纳米结构生长进行控制是其显著特点.如Au,Cu,In等作为活性剂在制备ZnO纳米结构中起着重要作用,深入地了解这些元素在ZnO纳米结构生长过程中的作用,对于了解表面活性剂控制下的ZnO纳米结构的生长机理有重要意义.Meyer作了关于Cu在ZnO表面的研究[1],Northup和Neugebauer研究了In/ZnO体系[2],我们小组也进行了Au在ZnO极性面上吸附的第一性原理研究[3].     

单分散ZnO微球的合成及表征

采用简单的两步法合成了直径范围从50～200nm的单分散的ZnO微球:在第一步反应中制备了ZnO纳米粒子的乙醇分散液;然后在第二步反应中加入适量的ZnO纳米粒子的乙醇分散液,从而合成出单分散的ZnO微球.通过改变第二步反应中所加入的ZnO纳米粒子的乙醇分散液的量,可以改变制备的单分散ZnO微球的直径.通过透射电子显微镜和X-射线衍射分析可以得知,ZnO微球是由ZnO纳米粒子聚集而成.不论ZnO微球的直径是多少,其多分散指数均小于1,并且当ZnO微球的直径为150nm时,其多分散指数仅为0.16.     

Cu-Cd共掺杂ZnO电子结构与光学性质的第一性原理计算与分析

基于密度泛函理论系统下的第一性原理,对纯ZnO,Cd掺杂ZnO,Cu掺杂ZnO,Cu-Cd共掺杂以及Cu-2Cd共掺杂ZnO五个超晶胞模型分别进行几何结构优化;计算和分析了各体系的晶胞结构,能带结构,态密度以及光学性质方面的介电函数虚部,吸收率和反射率.研究结果表明:Cu,Cd单掺杂可提高ZnO的载流子浓度,改善ZnO的导电性;但Cu和Cd共掺杂ZnO时,体系的E更低,状态更加稳定.光学性质方面:Cd掺杂时,紫外区边发生红移,吸收系数略增大;当Cu单掺以及Cu和Cd共掺杂ZnO,体系在可见光和紫外波段吸收系数明显增大,使得ZnO光催化性能提升;结合Cu和Cd单掺杂的特性,说明当Cu和Cd共掺杂ZnO时,控制Cd的掺杂浓度,半导体会产生不同的透光率,因此控制Cu-Cd的比率来掺杂ZnO可用于制作不同效率的光透性器件.     

Ag修饰的纳米ZnO的合成、表征及光催化特性

采用水热合成和光合成法制备了ZnO纳米粉体及不同Ag修饰量的纳米ZnO(Ag/ZnO),并用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析了它们的物相结构和晶粒形貌.以亚甲基蓝为污染物模型,在紫外光照射下考察了ZnO纳米粉体及不同Ag修饰量的纳米Ag/ZnO的光催化活性.结果表明,Ag能成功地负载到ZnO表面,且Ag/ZnO的光催化性能与Ag的负载量有关.当Ag修饰量为1.0%时,光催化能力高于ZnO纳米粉体;Ag修饰量为5.0%时,光催化能力最高;Ag修饰量为8.0%时,光催化能力反而降低.     

Dy3+和La3+掺杂ZnO薄膜的特点及其气敏传感特性

采用真空蒸发的方法制备了掺杂原子比为3%、5%和9%的La掺杂和Dy掺杂的ZnO薄膜.用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)谱和X射线光电子能谱(XPS)表征了所制得的ZnO薄膜的特性.发现所有薄膜都沿C轴取向优先生长.在对ZnO薄膜气敏特性的测量中,在低温条件下掺杂ZnO薄膜的电阻比非掺杂ZnO薄膜的小,且对乙醇和丙酮的灵敏度显著增强,且其中Dy掺杂的ZnO薄膜的气敏特性较La掺杂的ZnO薄膜为高.而空气中暴露9个月后的薄膜的气敏特性表明掺杂ZnO薄膜具有很好的稳定性.同时讨论了气敏传感机制和掺杂行为对薄膜灵敏度的影响.     

ZnO的相变和热力学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了ZnO的相变和热力学性质.我们发现ZnO由wurtzite结构到NaCl结构的相变压在10.9 GPa左右,和实验值以及其他的理论计算值符合的很好.我们还成功地研究了ZnO 的热力学性质,其中包括ZnO的热容和德拜温度.     

粉末溅射制备N-In共掺p型ZnO薄膜

在石英玻璃衬底上以ZnO∶ In2O3粉末为靶材,采用射频磁控溅射法制备出具有良好c轴择优取向的ZnO∶ In薄膜,继而对样品进行二次N离子注入掺杂,成功实现N-In共掺p型ZnO薄膜.借助XRD、Hall测试、XPS和透射谱测试手段研究分析了共掺ZnO薄膜的晶体结构、电学和光学性质.结果表明制备的薄膜具有较高的结晶质量和较好的电学性能,其空穴浓度、迁移率和电阻率分别达到4.04×1018 cm-3、1.35 cm2V-1s-1和1.15 Ωcm.X光电子能谱(XPS)分析显示在p型ZnO薄膜里存在N-In键和N-Zn键,表明In掺杂可以促进N在ZnO薄膜的固溶,有利于N元素在ZnO薄膜内形成受主能级.另外,制备的ZnO薄膜在可见光范围内有很高的透射率,最高可达90%.其常温下的禁带宽度为3.2 eV,相对本征ZnO的禁带宽度略有减小.