Co摻雜納米ZnO的制備與光學(xué)性能研究.pdf

1、納米ZnO是一種具有壓電和光電特性的寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達(dá)60 meV，保證了其在室溫下較強(qiáng)的激子發(fā)光。ZnO優(yōu)異的光電特性使得它在發(fā)光（激光）二極管、紫外探測(cè)器、氣敏元件、平板顯示器等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。納米ZnO的性能可以通過(guò)適當(dāng)?shù)脑負(fù)诫s來(lái)調(diào)整。Co是一種典型的過(guò)渡金屬元素，具有非常豐富的電子殼層結(jié)構(gòu)，能有效地調(diào)節(jié)ZnO納米結(jié)構(gòu)的表面狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)控其性能及應(yīng)用。此外，Co2+與Zn2+的

2、離子半徑很接近，容易形成替位缺陷，產(chǎn)生對(duì)基體材料特性的調(diào)制作用。本文采用共沉淀法和低溫陳化法兩種方法成功制備了Co摻雜ZnO（ZnO:Co）納米粉體，利用XRD、FESEM、XPS、UV、PL等多種手段對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、形貌及光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征和研究。
　　 1.采用共沉淀法制備了ZnO:Co 納米粉體，研究了煅燒時(shí)間、藥品添加順序及煅燒溫度對(duì)產(chǎn)品的影響，確定了共沉淀法制備ZnO:Co納米粉體的最佳條件。制備了不同Co2+摻雜濃度的

3、ZnO:Co 納米粉體，研究了Co摻雜濃度對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)性質(zhì)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Co元素以Co2+的形式替代了Zn2+進(jìn)入ZnO晶格中，縮短了晶面間距，但沒(méi)有改變ZnO的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)；Co摻雜后顆粒的形貌沒(méi)有明顯變化，但顆粒粒徑略有減小。Co 摻雜減小了ZnO的禁帶寬度，從而使得紫外區(qū)的吸收和發(fā)光峰位均向高波長(zhǎng)方向紅移。
　　 2.采用低溫陳化法制備了ZnO:Co 納米粉體，通過(guò)考察鋅堿摩爾比、藥品的添加順序及攪拌溫度對(duì)

4、產(chǎn)品的影響，確定了低溫陳化法制備ZnO:Co的最佳條件。在這些最佳條件基礎(chǔ)上，分別采用一步低溫陳化法和兩步低溫陳化法制備了不同Co2+摻雜濃度的ZnO:Co納米粉體，并對(duì)其結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)特性進(jìn)行了表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種制備方法下Co 均能以Co2+的形式成功進(jìn)入到ZnO晶格；摻雜發(fā)生在顆粒的表面，并沒(méi)有改變ZnO的本體形貌。Co2+摻雜后ZnO的禁帶寬度減小，紫外吸收發(fā)生顯著紅移；ZnO:Co的本征發(fā)光峰變化不明顯，在450 nm 處出