枝狀ZnO-TiO2復(fù)合納米棒陳列的制備及生長(zhǎng)機(jī)理研究.pdf

1、ZnO是一種新型寬禁帶Ⅱ-Ⅳ族化合物半導(dǎo)體材料。其一維納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),因而在納米器件領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在基底上生長(zhǎng)的一維ZnO納米棒陣列可作為染料敏化太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極材料,替代傳統(tǒng)的TiO2納米晶顆粒,提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　 本實(shí)驗(yàn)采用垂直提拉法在FTO導(dǎo)電基底上制ZnO晶種層薄膜,通過(guò)化學(xué)水浴沉積法在晶種層上制備一維ZnO納米棒陣列,利用磁控濺射法在納米棒陣列表面生長(zhǎng)TiO2分枝結(jié)構(gòu),最終得到

2、枝狀ZnO-TiO2復(fù)合納米棒陣列結(jié)構(gòu)。進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析和形貌表征。得到如下結(jié)果:
　　 (1)當(dāng)退火溫度在300℃時(shí),品種層晶粒為無(wú)定形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),且生長(zhǎng)雜亂。400℃和450℃退火的晶粒的結(jié)晶取向性顯著增強(qiáng),形成了條紋狀彎曲疇晶,有效減小納米棒陣列同襯底間的晶格失配,提高ZnO納米棒的縱向有序度,使其垂直于基底生長(zhǎng)。
　　 (2)化學(xué)水浴沉積法得到的ZnO納米棒陣列為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)。(002)晶面的衍射峰為最強(qiáng)峰,表明納

3、米棒沿c軸擇優(yōu)生長(zhǎng)。當(dāng)熱處理溫度升高,生長(zhǎng)時(shí)間延長(zhǎng),生長(zhǎng)液濃度增加,所得到的納米棒陣列取向由雜亂趨向于有序,直徑逐漸增大。
　　 (3)直流磁控濺射制備得到的ZnO-TiO2復(fù)合納米棒陣列,存在金紅石結(jié)構(gòu)的TiO2衍射峰。隨著氧氬比減小,氧分壓降低有利于金紅石結(jié)構(gòu)TiO2的生成。當(dāng)氧氬比為1:1時(shí),沉積速率降低,形成表面包覆TiO2的ZnO納米棒陣列。當(dāng)氧氬比為1:3時(shí),TiO2在ZnO納米棒的側(cè)表面形核生長(zhǎng),最終得到長(zhǎng)約100