ZnO纳米薄膜的Sol-gel旋涂法制备及其性质表征

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本论文采用Sol-gel旋涂法，在普通玻璃衬底基底上制备了ZnO纳米薄膜，探究了凝胶的热分解过程、胶体浓度、前热处理温度(PHT)、后热处理温度(Tp)及胶体中稳定剂乙醇胺(MEA)的含量对ZnO纳米薄膜微结构及光学性质的影响。主要研究结果如下：
　　（1）凝胶的XRD分析表明，在只蒸发掉溶剂的凝胶阶段已经有微量的ZnO纳米颗粒生成。热重分析显示在热处理过程中凝胶中有机物的脱附分解主要集中在248℃～275℃，而ZnO纳米颗粒的大量生成主要集中在380℃～400℃。结合凝胶的XRD谱和热重分析可以得知，在热处理过程中，从胶体粒子到ZnO纳米颗粒的生成过程大体上是分阶段进行的。
　　（2）当PHT=250℃，Tp=400℃时，低浓度（0.1M、0.3M）和高浓度（0.75M）的胶体均不利于ZnO薄膜<002>晶向的择优取向生长。低浓度胶体所制备的薄膜晶粒尺寸较小，且团聚现象较为严重。
　　（3）只经历前热处理的薄膜结晶性较差，晶粒呈短程有序排列。在400℃退火条件下发现，过高的前热处理温度（PHT≥350℃）也会致使晶格点阵呈短程有序排列。随着前热处理温度的升高，薄膜样品中的缺陷含量大，且样品的吸收边先红移后蓝移。薄膜的光致发光谱表明，所有样品的本征发光较弱，缺陷发光较强，这表明所制备薄膜样品的缺陷较多。
　　（4）当PHT=300℃时，随着后热处理温度的升高（400℃～600℃），薄膜的生长取向由<002>择优取向向<103>择优取向转变，薄膜的晶格常数Cfilm逐渐减小，薄膜的内应力由张应力向压应力转变。薄膜的光学带隙发生蓝移，其光学带隙的变化范围为3.50eV～3.59eV。薄膜的光致发光谱显示随着Tp的升高，薄膜的本征发光强度逐渐增强，且在Tp=500℃时其本征发光强度突增，这表明更高的Tp有助于提高薄膜的结晶性。
　　（5）当PHT=300℃，Tp=450℃时，[Zn2+]/[MEA]=1:2时更有助于制备出<002>择优取向的ZnO纳米薄膜。当[Zn2+]/[MEA]>1:1时，薄膜的应力由压应力向张应力转变，薄膜的光学带隙在3.35eV～3.45eV间变化。薄膜的光致发光谱显示，随着MEA量的增加薄膜中与黄绿光发射相关的缺陷含量也在增加，这与带隙拟合所得到的结论一致。
　　（6）当PHT≤250℃时，400℃后热处理后，薄膜表面出现了微米级别的均匀褶皱。当[Zn2+]/[MEA]=1:2、PHT=300℃、450℃后热处理后，薄膜表面也同样出现了微米级别的均匀褶皱。这表明在前热处理阶段薄膜中有机物的分解程度是造成出现微米级别均匀褶皱的根本原因，而这却为制备具有陷光性质的ZnO纳米薄膜提供了一个新思路。

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作者
吉强民;
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作者单位

郑州大学;

展开▼
授予单位郑州大学;
学科凝聚态物理
授予学位硕士
导师姓名郜小勇;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TN304.21;TN304.055;
关键词
氧化锌薄膜; 溶胶凝胶旋涂法; 玻璃衬底; 微结构; 光学性质;

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