纳米材料表面效应的研究

利用表面效应增强纳米材料的发光性能。通过扫描电镜、光致发光等方法深入研究了表面修饰对ZnO纳米材料发光性能的影响。在ZnO纳米带上溅射Au纳米颗粒,可有效增强其近带边发光,并使可见发光强度发生淬灭,从而增强ZnO纳米带的发光性能,紫外发光与深能级发光的强度比增加到111.0。利用退火处理改变了界面处Au纳米颗粒的分布,详细地探讨了Au-ZnO复合材料的发光机制。     

ZnO纳米材料的制备方法及应用

纳米ZnO作为一种宽禁带直接带隙半导体材料因其具有发光性、压电性、导电性、气敏性、光催化性等诸多的优异性能而被广泛应用。ZnO材料来源广泛、价格低廉、无毒无害、制备方法多样，这些优点使ZnO越来越受到人们关注。本文总结了ZnO纳米材料多种制备方法的实验概况及特点，科研人员可以根据具体需要选择合适的制备方法。并对纳米ZnO的主要应用进行了介绍。     

不同结构 ZnO 的可控合成及其对气敏性能的影响

材料的微观形貌是影响其气敏性能的主要因素. 低维结构材料因反应时的团聚问题, 极大地限制了其应用. 因此, 通过设计合成多级结构的纳米材料来提高性能至关重要. 通过控制水热时间、阴离子表面活性剂柠檬酸钠的浓度以及 pH 值来调节形貌, 在水热条件下成功合成了多级片球状、片花状以及馒头状 3 种形貌的 ZnO 纳米材料. 通过对气敏性能进行测试, 发现多级片球状形貌具有较好的气体敏感性. 在 340 ${^\circ}$C 时, 对 100$\times10^{-6}$ 正丁醇的气敏响应达到 238, 比相同条件下的乙醇高 2.12 倍, 显示出了较好的选择性. 通过研究多级结构的生长机理及传感机制, 为设计多级体系结构 ZnO 高性能气敏材料提供了数据依据.     

取向ZnO纳米线阵列的生长机理及发光特性

用化学气相沉积法制备了圾向纳米氧化锌（ZnO）阵列；用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察了制备的纳米ZnO的形貌结构;用荧光光谱仪（PL）分析了样品的发光特性；以气-液-固（VLS）生长模型和Ehrlich-Schwoebel势垒理论解释讨论了ZnO纳米线的生长结构与机理。     

纳米ZnO的温和液相法制备及其光催化性能

以ZnCl₂作为锌源,采用液相法制备了由粒径约17 nm的氧化锌粒子组合而成的花状六方纤锌矿晶体结构的氧空位缺陷型ZnO纳米材料,对制备的ZnO纳米材料的结构、形貌和成分进行了表征,计算了其禁带宽度,并通过光催化降解亚甲基蓝研究了其光催化性能.结果表明:氧空位缺陷型ZnO纳米材料具有很好的结晶度和形貌,且禁带宽度为3.17 eV,低于普通ZnO的禁带宽度.当光催化降解亚甲基蓝溶液0.5、2.5 h时,降解率分别为20%和80%,降解速度是普通Ag纳米颗粒掺杂氧化锌的4倍,表明制备的氧空位缺陷型ZnO纳米材料具有优异的光催化性能.     

S引入ZnO的水热生长及其微观发光特性研究

利用单步水热法制备了纯ZnO和S引入的双棒状ZnO（S-ZnO）孪晶结构,并系统研究了掺杂对ZnO结构、形貌及荧光发光特性的影响。X射线衍射的实验结果表明,在引入S的ZnO样品中没有出现可以检测的新物相,S在样品中主要以杂质的形式存在。荧光光谱数据表明,在低温下纯ZnO样品无可见光发光,但S-ZnO样品出现了较强的绿光发光峰;室温下两个样品均出现了可见光发光：ZnO样品的发光峰位于橙光区（570 nm附近）,而S-ZnO位于绿光区（500 nm附近）。微区阴极荧光谱的数据表明,ZnO样品的橙光发光非常弱,几乎不可探测;S-ZnO样品的绿光发光则很强,要远远超过带边发光。本研究结果为进一步理解S在ZnO中引入的缺陷及其发光机理起到重要的作用,对增强ZnO的可见光发光特性进行了有益的探索。     

Sb掺杂对电纺ZnO纳米纤维的结构与发光性质的影响

Sb掺杂ZnO纳米纤维材料在光电、气敏效应、P型导电等方面具有优异的性质。本文利用静电纺丝方法制备了不同Sb掺杂浓度的ZnO纳米纤维,研究了掺杂对纤维的形貌、结构以及发光性质的影响。发现随着掺杂浓度的提高,纤维的直径增加,晶粒尺寸变大。XRD和Raman的测量表明在掺杂浓度较高的情况下有杂相Zn,Sb2O12的存在。发光测试研究表明,随着掺杂浓度的提高,样品的发光呈现先增强后减弱的变化规律,并且样品发光伴随较强的激光热效应,对于未掺杂样品,由于其直径最小激光的热效应最为显著。     

ZnO纳米晶掺杂的有机电致发光特性

本文实验研究了ZnO纳米晶对有机共轭聚合物MEH-PPV电致发光光谱特性的影响.研究结果表明,对于ITO/PEDOT:PSS/MEH-PPV:ZnO/Al/Ag结构的发光器件,ZnO纳米晶的掺杂有效降低了电子的注入势垒,降低了发光器件的启亮电压,提高了载流子复合效率.随着ZnO纳米晶掺杂比例的增加,有机MEHPPV发光谱主峰585nm发生明显蓝移,波长移动18nm,而位于长波段615nm的肩峰则不受掺杂纳米材料的影响.     

氢等离子体处理对ZnO纳米棒光学性能的影响

用水热法在石英玻璃衬底上制备出ZnO纳米棒,并对其进行氢等离子体处理。用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计和光致发光光谱仪对氢等离子体处理前后ZnO纳米棒的形貌、结构和光学性能进行了表征。结果表明,氢等离子体处理未对ZnO纳米棒的形貌和晶体结构产生影响,但随着氢等离子体处理时间的增加,ZnO纳米棒的光吸收带边发生蓝移,同时其近带边紫外发光峰逐渐增强,可见发光峰逐渐减弱。     

ZnO纳米片的水热合成及其光催化性能

目的以Zn(CH_3COO)_2·2H_2O和NaOH为原料,制备ZnO纳米粒子,并研究ZnO纳米材料的形貌对其光催化性能的影响。方法采用一步水热法合成ZnO片状纳米粒子,通过X-射线粉末衍射(XRD),场发射扫描电镜(FE-SEM)和拉曼光谱(Raman)等分析手段对合成产物的结构和形貌进行表征,探讨反应物摩尔比、水热温度和水热时间等合成条件对形成的ZnO纳米粒子形貌的影响,以及形貌演变机理。通过光催化分解水实验对所制备的ZnO纳米粒子的光催化性能进行测试。结果 Zn~(2+)/OH~-摩尔比为1∶4时,在100℃反应6h,可制得片状的纳米ZnO,其产氢量为313μmol·h~(-1)·g~(-1)。结论在本文制备的ZnO纳米材料中,ZnO纳米片的光催化性能优于短棒状和纤维状的ZnO粒子。     

通过表面修饰提高ZnO纳米棒的气敏选择性与灵敏度

对化学水浴法制备的六方纤锌矿ZnO纳米棒,分别采用Ag、NiO以及CuO纳米颗粒进行了表面修饰处理,研究了表面修饰对ZnO纳米棒的气敏选择性、敏感性的作用.结果表明,经过表面修饰的ZnO纳米棒的气敏综合性能有了显著的改善,不仅材料的灵敏度得到了明显提高,而且,CuO修饰的ZnO纳米棒对硫化氢气体有很高的选择性.     

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.     

SnO2—ZnO薄膜特性研究

用真空蒸发ＳｎＯ２－ＺｎＯ,获取超微粒结构的ＳｎＯ２－ＺｎＯ薄膜．实验发现ｗ（ＳｎＯ２）ｗ（ＺｎＯ）＝８０％２０％薄膜有较低的电阻率,对乙醇有较高的敏感性,是较好的酒敏材料．     

溶剂热法制ZnO纳米棒及其气敏性能

以乙酰丙酮锌为原料,采用溶剂热法首次合成了棒状ZnO纳米粉体,并对该材料在不同工作温度下的气敏性能进行了研究。通过XRD、SEM和TEM等测试手段,表征其物相与结构。该粉体为六方晶系的ZnO纳米棒,直径约为30 nm,长度约为100 nm,结晶良好。通过静态配气法发现:采用N型氧化锌纳米棒所制得的元件在270℃下,对体积分数为5×10-4的乙醇有较好的气敏性能,灵敏度为75,响应时间及恢复时间分别为30、60 s,说明制备的ZnO纳米棒是具有潜力的探测乙醇气体的气敏传感器材料。     

Influence of laser doping on nanocrystalline ZnO thin films gas sensors

The effect of laser doping of Al on the gas sensing behavior of nanocrystalline ZnO thin films is reported. The doping of Al was carried out by the spin-coating of Al-precursors on nanocrystalline ZnO films followed by a pulsed laser irradiation. The laser-doped films were characterized as a function of laser power density by measuring the optical, structural, electrical, morphological and gas sensing properties of ZnO films. It was found that the laser doping process resulted in an increase of electrical conductivity of ZnO films. The performance of gas sensor was investigated for different concentrations of H2 and NH3 in the air. The results indicate that the laser doping process can be utilized to improve the sensor characteristics such as sensitivity and response time by optimization of laser power density. The optimum laser power is interpreted as the critical power level required to compete the effective doping versus developing the effective grain boundaries. Also, the selectivity of laser-doped ZnO sensors for H2 was studied for a likelihood practical gas mixture composed of H2, NH3 and CH4. It is found that these films can be optimized to develop H2 and NH3 sensors in PPM level with a higher selectivity over other reducing gases.     

Excellent ethanol sensor based on multiwalled carbon nanotube-doped ZnO

Multiwalled carbon nanotubes(MWNTs)were synthesized through CVD method,and the gas sensitive materials MWNTs/ZnO were obtained by mixing MWNTs and ZnO.The gas sensing properties of the as-prepared materials were investigated.The results show that the gas sensing properties of ZnO sensor are significantly improved by doping MWNTs.The sensitivity,response time and recovery time to 50 ppm ethanol at 260°C are 46,4 and 20 s,respectively.We also examined the selectivity of 0.1 wt%MWNTs-doped ZnO sensors to different gases.The results show that the sensor possesses an excellent selectivity to ethanol.     

EXAFS研究合成甲醇催化剂Cu/ZnO/AL_2O_3的制备条件

用EXAFS研究了不同制备条件对合成甲醇催化剂Cu／ZnO／Al2O3结构的影响,研究表明选择较温和的还原气氛和还原温度有利于制备高分散的Cu催化剂,在还原前较小的焙烧温度有利于制备较小颗粒的ZnO粒子,此研究表明Cu0是催化剂的主要活性组分．     

Zn2SnO4复合氧化物气敏特性研究

采用烧结法合成Zn_2SnO_4复合氧化物,具有反尖晶石结构的弱N型半导体材料,其气敏性能引人注目,尤其是对乙醇具有较高的灵敏度和选择性.当掺入少量氧化物杂质,可以看到灵敏度和最佳工作温度都有所改善,其中以稀土氧化物效果为最佳.     

分级多孔结构NiO/ZnO复合材料制备及其甲醛气敏性能

以向日葵秸秆为生物模板合成一种新型的分级多孔结构氧化镍掺杂氧化锌纳米复合材料(Bio NiO/ZnO),利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对复合材料的组成和结构进行表征.实验结果表明,合成的Bio NiO/ZnO保存了向日葵秸秆材料的原始分级多孔结构,该结构由大量尺寸和形状一致的六方晶系纤锌矿型结构的氧化镍与立方晶系文石相结构的氧化镍球形颗粒堆积组成.与未掺杂的ZnO材料相比,Bio NiO/ZnO复合材料制作的气敏传感器对甲醛具有增强的气敏性能.在240℃的工作温度下,该气体传感器对10^-4的甲醛的响应为42,响应和恢复时间分别为7 s和6 s.检测的下限为1.48×10^-4,与复合物的氧空位浓度增加和两相间p-n型异质结的存在有关.