水热法制备稳定的发光CdTe材料（精选2篇）
水热法制备稳定的发光CdTe材料 篇1
ZnO纳米棒水热法制备及其发光性能
采用水热法在玻璃基底上成功制备出了ZnO纳米棒.用x射线衍射仪(xRD)和扫描电子显微镜(SEM)对ZnO纳米棒的晶体结构和表面形貌进行了表征,初步探讨了ZnO纳米棒的生长机理;同时对ZnO纳米棒的.光致发光性能进行测量,分析了水热温度和反应时间对ZnO纳米棒光致发光性能的影响.结果表明:ZnO纳米棒呈现六方纤锌矿结构,具有沿(002)晶面择优生长特征;随着水热反应温度的升高,ZnO纳米棒的发光强度逐渐增强;随着反应时间的延长,ZnO纳米棒发光强度在1～3 h内增强,而在3～10 h反而减弱.
作 者：靳福江 李珍 李飞 JIN Fu-jiang LI Zhen LI Fei 作者单位：中国地质大学材料科学与化学工程学院,武汉,430074刊 名：功能材料与器件学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF FUNCTIONAL MATERIALS AND DEVICES年，卷(期)：13(5)分类号：O612 O734关键词：ZnO纳米棒 水热法 生长机理 发光性能
水热法制备稳定的发光CdTe材料 篇2
目前,很多研究采用不同的合成手段来制备各种尺寸和形貌的纳米ZnO,如高温气相沉积法和液相法。气相沉积法所需设备昂贵,反应温度高,而且产量低,重复性也不是很好,限制了其进一步的实际应用[7]。而液相法能够在比较低的温度(低于200 ℃)下进行纳米结构ZnO的生长,成本相对较低,无污染,而且重复性好,因此在液相介质中制备ZnO纳米材料已成为目前的研究焦点之一[8，9]。通过液相法已经成功制备出纳米线、纳米棒、纳米带、纳米花簇等结构[10-12]。
本实验以Zn(Ac)2、NaOH为初始原料,采用水热法制备了花状ZnO的微/纳米结构,探讨了水热条件对产物物相及形貌的影响,并对其生长机制和发光特性进行了初步的机理探讨。
1实验
1.1试剂
乙酸锌(Zn(Ac)2,AR,天津市科密欧化学试剂有限公司);氢氧化钠(NaOH,AR,天津市恒兴化学试剂制造有限公司);自制去离子水。
1.2样品制备
称取0.03mol的Zn(Ac)2溶于10mL去离子水中,室温下搅拌至无色透明(溶液A)。然后称取0.06mol NaOH充分溶解于20mL去离子水中,搅拌后形成透明溶液(溶液B)。接下来将溶液B用玻璃棒引流缓慢倒入溶液A,并不断搅拌混合均匀。将上述混合溶液移入50mL聚四氟乙烯内胆的不锈钢高压反应釜中,将反应釜密封放入干燥箱中,分别在80 ℃、120℃、160℃条件下反应12h、24h、48h。反应结束后自然冷却至室温。将白色沉淀物离心分离,用去离子水洗涤5次后置于60 ℃烘箱中干燥4h。
1.3结构与性能表征
采用日本Rigaku D/max 2500V型X-ray衍射仪(Cu靶,Kα,λ=0.154056nm)分析样品的XRD物相,衍射角2θ 范围为10~80°。采用日本日立S-4800型场发射扫描电子显微镜(SEM)测试样品的形貌。利用美国SPEC公司F111AI型荧光光谱仪测定光致发光谱(PL),以氙灯为激发光源,波长固定在325nm。
2结果与讨论
2.1物相分析
图1是所得产物的XRD图谱。由图1可知,所得产物的衍射峰均与ZnO的标准图谱(JCPDS 36-1451,空间群P63mc(186))吻合,表明所得样品为六方相纤锌矿结构。所有样品的衍射峰都非常尖锐,没有发现杂质峰,说明所制备的样品结晶质量较好,纯度较高。其中,在120 ℃反应24h样品的晶格常数为a=3.247,c=5.203,与其他文献报道相符。
为了研究反应温度对样品结构的影响,固定反应时间为24h,分别制备了反应温度在80 ℃、120 ℃、160 ℃条件下的样品,其XRD图如图1(a)所示。由图1(a)可以看出,120 ℃ 样品的衍射峰强度比80 ℃的明显增强,说明结晶度有所提高,但120 ℃和160 ℃的衍射峰强度无明显差别,说明高于120 ℃后温度对结晶程度已无明显影响。同时,固定反应温度为120 ℃,研究了反应时间对ZnO结构的影响,图1(b)为120 ℃时分别反应12h、24h和48h的XRD图谱。由图1(b)可知,三者都在(101)晶面产生最大衍射峰,说明样品在(101)晶面择优生长,与其他文献报道一致[13，14]。但三者衍射峰的强度不同,随着反应时间的延长,衍射峰强度逐渐增加,尤其是24h的比12h的显著增强。这表明在温度相同时,反应时间对产物影响很大,随着反应时间的延长,结晶化程度提高,对应晶面的生长也越有序。
2.2形貌和生长机理分析
2.2.1反应温度对ZnO形貌的影响
图2为不同反应温度下所得ZnO的SEM照片,反应温度为80 ℃时ZnO呈荷花状,生长较均匀致密,由多个长3~ 4μm、直径250~450nm、呈放射性生长的纳米棒紧聚而成。 纳米棒棱角分明,尖端呈尖锥六角棱柱状,横截面也是正六边形,进一步说明所得样品为六方晶相。有少部分棒生长粗细不均,可能是生长环境不稳定等因素造成的。当温度升高到120 ℃时,ZnO的形状不再是荷花状,而是由一个“花心” 向外延伸生长,呈菊花状。与80 ℃ 时相比,纳米棒长度减小,为2~2.5μm,直径在200nm左右。每个纳米棒都是六棱柱状的,尖端仍是尖头,呈放射性生长,因此也是六方相的结构。当温度继续升高至160℃时,可明显观察到ZnO的形状更接近菊花,相比120 ℃时产物更加饱满。其纳米棒直径与120 ℃时相差不大,但尖端不再尖锐,大多呈截面正六边形(图2(d)所示),说明ZnO在尖端部位生长。综合以上分析可以看出,温度对ZnO单元的形状起到了一定的控制作用,但对其花状自组装结构影响不大。
2.2.2反应时间对ZnO形貌的影响
由图3(a)、(b)可观察到,反应时间为12h时所得产物没有呈现出花状形貌,纳米棒粗细不均,但仍呈放射性生长。 当反应时间由12h延长到24h时(图3(c)、(d)),可明显看出产物呈现花状形貌,纳米棒直径略微增大,生长较均匀。 当反应时间延长至48h时(图3(e)、(f)),纳米棒聚集得更加紧密,产物形貌更加均匀,花状形貌也因此更加明显。由以上比较可知,反应时间对ZnO的生长也有较大影响。当反应时间较短时,纳米棒生长不完全,没有足够的时间进行自组装生长,因而呈现杂乱无章的形貌。随着时间的延长,反应更加充分,有更多的时间供纳米棒生长和进行自组装,因而ZnO的形貌变得均匀,逐渐呈现出花状形貌且越来越明显。
2.2.3生长机理分析
ZnO晶体生长形态由构成晶体的各族晶面生长速率决定,与晶体内部结构和外部生长条件密切相关。晶体的形成过程包括成核和生长两个过程。本实验的反应方程式如下:
水热条件下,在满足成核条件时,ZnO晶体的生长是通过极性生长单元(Zn(OH)42-)在各个晶面上扩散吸附实现的。极性生长单元的负电性导致ZnO各晶面的生长速率不同,如,从而使ZnO晶体优先沿c轴方向生长[13]。反应温度为80℃时,所形成的晶核相对较少且生长速度较慢,这样会使后来生成的ZnO晶粒有充分的时间找到匹配的位置在原有的晶核上定向生长,直到该微棒的(0001)面完全消失后,才开始在其6个侧面二次成核并继续生长,由于侧面的这些分支棒大多堆叠在一起,因而产物晶体形如荷花。当反应温度升高至120℃或160℃时,初始阶段的成核数量增多,这样后来生成的晶粒就可以在这些晶核上定向生长,而且由于温度相对较高,反应速率较快,反应物很快就消耗殆尽,失去了二次成核的机会,因此得到菊花状产物[14]。
2.3 PL分析
图4是在160 ℃反应24h的ZnO样品的室温光致发光谱图,激发波长为325nm。由图4可以看出,该花状纳米结构的ZnO在346nm和384nm处有强而尖的紫外发射峰,在450nm和468nm处有弱而尖的蓝光发射峰,在475~650 nm出现了强而宽的可见光发射带,发射峰最强位置出现在588nm附近。346nm(3.59eV)处的尖锐发射峰对应的光量子能量比ZnO带隙宽度大,说明其并非由带隙跃迁产生, 而属于ZnO的激子发射峰,其存在说明花状ZnO的结晶质量较高[15]。384nm(3.24eV)处的紫外发射峰是激子复合产生的ZnO宽带隙带边发射,为ZnO的本征发光峰[16]。450 nm(2.76eV)和468nm(2.66eV)处较弱的蓝光发射峰,可能与合成样品的缺陷与锌原子填隙和氧空位有关。按照ZnO的能带结构特征,笔者认为该蓝光发射峰应该来自氧空位(VO)形成的浅施主能级到锌空位(VZn)形成的浅受主能级之间的复合(2.77~2.57eV),因为氧空位形成的深施主能级上的电子向价带顶的跃迁(2.57~2.47eV)无法实现蓝光发射。在475~650nm区域的可见发光峰,通常认为是ZnO内部缺陷造成的。在此区间内通常可观察到ZnO的3个发射峰[17]:绿光发射(525nm或2.5eV)可能是来源于ZnO中的氧空位;黄光发射(580nm或2.1eV)可能是来源于ZnO中存在的氧间隙原子;而关于ZnO的红光发射(640~680 nm或1.8~1.9eV)初步认定可能与锌间隙和氧空位向氧间隙的跃迁有关[18]。
3结论
利用水热法成功合成了花状ZnO微/纳米颗粒,测试了其形貌结构与光学性能,研究了反应温度和时间对ZnO晶相和形貌的影响。实验结果表明,花状ZnO具有较高的结晶质量,反应温度对花状自组装结构的生成影响不大,但是对花的形状有明显的影响。而反应时间对花状自组装结构的生成有明显的影响,时间越长,越有利于形成花状结构。PL谱分析结果表明,除346nm和384nm处较强的紫外发射外, 样品还出现了450nm和468nm较弱的蓝光发射以及475~ 650nm强而宽的可见光发射带,这可能是ZnO的内在缺陷造成的。本研究为制备花状ZnO纳米材料提供了一种简单的方法,可以通过改变温度和时间来实现一定程度上的形貌调控,PL谱研究表明该花状ZnO材料在光电子器件上有潜在的应用价值。
摘要：以Zn(Ac)2、NaOH为初始原料,采用水热法在较低温度下合成了由纳米棒紧聚而成的花状ZnO微/纳米结构。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光致发光谱(PL)对样品进行了表征和分析,讨论了反应温度、反应时间对样品物相和形貌的影响,分析了其生长机制。XRD和SEM测试结果表明,ZnO纳米晶为六方纤锌矿结构,反应温度和时间对产物晶相及形貌有重要影响。室温下PL谱显示,样品在346nm和384nm处有较强的紫外发射,在450nm和468nm处有较弱的蓝光发射,在475～650nm出现强而宽的可见光发射带。该研究为探讨ZnO微/纳米材料的制备技术及在发光方面的应用提供了可行的方法。