近年来,人们对宽禁带半导体材料表现出了极大的兴趣,一个重要的目的是寻找能产生短波长的半导体发光材料用以制造发光二极管或激光器。而纳米科学的发展使得介观尺度下的光电装置或激光器成为可能。氧化锌光泵浦激发下的自发辐射甚至是受激辐射已被研究者发现,但光致发光受限于复杂的设备、高昂的费用和极高的能耗,因此很难应用于实际的生产和生活中。相对而言,电泵浦激励下的光电装置则更具实用价值。但人们对于纳米二氧化锌在电场激励下的电光行为的研究涉及较少,因此对于氧化锌电致发光的机理分析和应用研究十分必要。虽然对薄膜发光特性的研究已成为人们对于ZnO关注的热点之一,但是考虑到制备直流粉末发光材料的方法简单易行,且可以通过复杂的纳米结构控制发光强度和颜色,在实现ZnO电泵浦发光甚至是激光发射中具有重要意义,因此研究不同纳米结构ZnO基材料的电致发光特性成为当前的研究重点。作为一种探索研究,本文采用湿化学制备手段,通过对材料合理的分子设计和结构与性能关系的研究,获得了一些重要的研究成果,为氧化锌电致发光特性的研究和半导体纳米激光器的进一步研制提供了技术基础。 本文的重点是研究不同纳米结构下氧化锌的电致发光(Electroluminescence,EL)特性,我们选择了以介孔前驱体退火而制得的氧化锌纳米晶颗粒和氧化锌纳米棒两种发光样品。首先,分别以十八胺(ODA)和F-127为模板剂,采用溶剂抽提的方法,在温和条件下制备了ZnS介孔前驱体。制备过程中借助简单的离子之间的反应合成ZnS介孔材料,与传统的利用自由基作为反应中间体的方法相比,此种方法避免了自由基反应对特殊仪器的要求,且采用离子反应的方法所得的硫化锌介孔材料具有更大的比表面积和孔径分布。采用ODA和F-127为模板剂得到的介孔材料的比表面积分别为223 m~2/g和233 m~2/g,孔径大小分别为3.8nm和4.9nm。此种方法反应过程易控、反应环境温和、并具有较好的可重复性,有可能应用于其它半导体介孔材料的合成和制备中。 在制备氧化锌纳米棒的实验中,我们采用了较为简单的湿化学模板法制备纳米棒。具体的说,采用阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠为模板剂,利用其在临界胶束浓度(CMC)以上形成的棒状胶束为模板,引导氧化锌纳米棒在(0001)方向上的生长。此外,我们在制备过程中采用冰水浴的手段,提供低温环境抑止氧化锌晶核的生长,从而达到将氧化锌纳米棒直径降至100nm以下的目的,所制备的ZnO纳米棒直径为80～100nm,长度约为2μm,所得产品形态分布均一。研究还发现温度、表面活性剂含量、回流和超声时间都对所得ZnO纳米棒的尺寸产生影响。同样,本方法中ZnO纳米棒各相异性生长的模板机理还可用于设计其它化合物半西北工业大学硕士学位论文导体材料一维纳米结构的制备。 在以上制得的介孔材料的基础上,我们通过在空气中高温氧化前驱体的方法,制备了氧化锌纳米晶颗粒,并系统的探索了以介孔材料为前驱体的不同氧化锌纳米晶颗粒在电泵浦激发下的电致发光特性,获得了一些有意义的实验结果。实验中观察到直流电泵浦激励下氧化锌纳米晶颗粒强烈的绿色发光(5 10lun)。有趣的是,以介孔前驱体在空气中氧化退火制得的纳米晶颗粒的EL发射强度得到了明显的增强,与经过普通体相材料退火制得的氧化锌纳米晶颗粒相比,以ODA为模板剂制备的发光样品的发射强度为该种材料的1.5倍,以F一127为模板剂的发光样品的发射强度为该种材料的6.5倍,且介孔前驱体的孔径越大,发光强度增加的幅度也越大。这一发射强度明显增强的结果很可能与退火后氧化锌发光颗粒中剩余的孔结构有关,但还需要进一步的实验以验证此推测。 对氧化锌纳米棒的电致发光特性也进行了测试,实验发现,氧化锌纳米棒的电致发光峰位于73Onm处,与氧化锌纳米晶颗粒相比,纳米棒的发光峰发生了明显的红移,且发光强度明显减弱。这些实验结果同样与发光样品的形状和表面状态等因素有关,但具体原因仍有待研究。关键词:氧化锌,电致发光,介孔结构,纳米棒,模板法