水热法制备锥状ZnO纳米线阵列及其光电性研究水热法制备锥状ZnO纳米线阵列及其光电性研究摘要ZnO是一种在光电领域中具有重要地位的半导体材料。
采用聚乙二醇(PEG(2000))辅助的水热合成法制备出了粒径较为均匀的锥状氧化锌纳团线阵列, 并用SEM、XRD对其进行了表征。
实验结果表明,表面活性剂(PEG22000)和氨水的加入量对ZnO纳米线阵列的形貌有直接的影响;分析出了不同体系中的化学反应过程及生长行为，研究了衬底状态、生长溶液浓度、生长时间、pH值等工艺参数对薄膜生长的影响，并对薄膜柱晶等特殊形貌晶体的生长机理进行了探讨。
研究表明：薄膜的晶粒成核方式主要为异质成核，柱晶的生长方式为层-层生长。
生长的ZnO柱晶的尺寸和尺寸分布与晶种层ZnO晶粒有着相同的变化趋势。
随着生长液浓度的增加，ZnO棒晶的平均直径明显增大。
生长体系长时间放置，会导致二次生长，形成板状晶粒。
NH3·H2O生长系统，可以调节pH值来控制薄膜的生长。
对于碱性溶液体系，ZnO合适的生长温度为70~90℃，通过调节温度，可以改变纳米棒的生长速率。
关键词：ZnO薄膜,低温,水热法,薄膜生长HYDROTHERMAL SYNTHESIS OF ZnO NANOWIRE ARRAYSCONE AND OPTOELECTRONICRESEARCHABSTRACTZnO is an important area in the status of photovoltaic semiconductor material.Polyethylene glycol (PEG (2000)) assisted hydrothermal synthesis were prepared by a more uniform particle size of zinc oxide nano cone line array group and use SEM, XRD characterization was carried out. The results show that surfactant (PEG22000) and ammonia addition on the morphology of ZnO nanowire arrays have a direct impact; analyze the different systems of chemical reactions and growth behavior of the state of the substrate, growth concentration, growth time, pH, and other process parameters on film growth, and morphology of thin film transistors and other special column crystal growth mechanism was discussed. The results show that: the film grain nucleation is mainly heterogeneous nucleation, crystal growth patterns column for the layer - layer growth. The growth of ZnO crystal size and column size distribution of ZnO grain and seed layer have the same trend. With the increase in the growth of concentration, ZnO rods significantly increased the average diameter of crystal.Growth system extended period of time will lead to secondary growth, the formation of tabular grains. NH3 • H2O growth system, you can adjust the pH value to control the film growth. The alkaline solution system, ZnO is a suitable growth temperature 70 ~ 90 ℃, by adjusting the temperature, can change the growth rate of nanorods.Key words：ZnO films, low temperature, hydrothermal method, thin film growth目录中文摘要 (i)Abstract (ii)第一章绪论............................................................................... (1)1.1..纳米科技 (1)1.1.1纳米材料的结构单元 (1)1.1.2纳米材料的特性 (2)1.2纳米ZnO材料的特性 (4)1.2.1 ZnO的晶体结构 (4)1.2.2 ZnO的光电性能 (5)1.2.3 ZnO的紫外受激发射 (6)1.3 ZnO纳米材料的应用 (7)1.3.1表面声波（SAW）1.3.2半导体紫外激光器 (11)1.3.3太阳能电池 (11)1.3.4 表面型气敏器件 (12)1.3.5缓冲层和衬底 (13)第二章溶胶一凝胶成膜原理及实验方法..................……2.1引言..................··········……2.2溶胶一凝胶技术的特点 (17)2.3煅烧和烧结2.4溶胶一凝胶法制备薄膜的常用方法 (20)旋涂法.......................……浸涂提拉法...................……2.5影响因素 (21)2.5.1水解度 (21)2.5.2溶胶浓度..................................，. (21)2.5.3温度 (22)2.5.4催化剂 (22)2.6试剂及仪器设备 (22)2.6.1试剂的选用 (22)2.6.2实验器材 (23)2.7薄膜的制备过程 (23)2.7.1基片的清洗 (23)2.7.2旋涂法镀膜 (25)2.7.3干燥和热处理 (25)2.8几种主要的分析方法简介 (26)2.8.IX射线衍射分析 (26)2.8.2荧光分光光度法 (26)2.8.3紫外一可见分光光度法 (26)2.8.4原子力显微分析 (27)2.8.5扫描电子显微分析 (27)第一章绪论1.1纳米科技“纳米”是一个尺度的度量，最早把这个术语用到技术上的是日本在1974年底，但是以“纳米”来命名的材料是在20世纪80年代，它作为一种材料的定义把纳米颗粒限制到1-100 nm范围。
在纳米材料发展初期，纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。
现在，广义地，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。
如果按维数，纳米材料的基本单元可以分为三类:(1)零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇等;(2)一维，指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等;(3)二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜，多层膜，超晶格等因为这些单元往往具有量子性质，所以对零维、一维和二维的基本单元分别又有量子点、量子线和量子阱之称。
1.1.1纳米材料的结构单元1.1.1.1团簇[1]原子团簇是一类新发现的化学物种，是在20世纪80年代才出现的，原子团簇是指几个至几百个原子的聚集体(粒径小于或等于1 nm)，如Fen，CunSm，CnHm(n和m都是整数)和碳族(C60，C70和富勒烯等)等。
原子团簇不同于具有特定大小和形状的分子、分子间以弱的结合力结合的松散分子团簇和周期性很强的晶体，原子团簇的形状可以是多种多样的，它们尚未形成规整的晶体，除了惰性气体外，它们都是以化学键紧密结合的聚集体。
绝大多数原子团簇的结构不清楚，但巳知有线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等等。
原子团簇有许多奇异的特性，如极大的比表面使它具有异常高的化学活性和催化活性、光的量子尺寸效应和非线性效应、电导的几何尺寸效应、C60掺杂及掺杂原子的导电性和超导性、碳管、碳葱的导电性等等。
1.1.1.2纳米粒子纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，它的尺度大于原子簇，小于通常的微粉。
纳米微粒一般在1-100 nm之间，有人称它为超微粒子。
当小粒子尺寸进入纳米量级(1-100 nm)时，其本身具有量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应和宏观量子隧道效应，因而展现出许多特有的性质，在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面有广阔的应用前景，同时也将推动基础研究的发展。
如20世纪60年代，久保(Kubo)等人指出，金属超微粒子中电子数较少，因而不再遵守费米统计。
“小于10 nm的纳米微粒强烈地趋向于电中性”，这就是久保效应[2]，它对微粒的比热，磁化强度，超导电性，光和红外吸收等均有影响。
正因为如此，有人试图把纳米微粒与基本粒子、原子核、原子、分子、大块物质、行星、恒星和星系相提并论，认为原子簇和纳米微粒是由微观世界向宏观世界的过渡区域，许多生物活性由此产生和发展。
1.1.1.3一维纳米材料（纳米管、纳米棒、纳米丝和纳米线）准一维实心的纳米材料是指在两维方向上为纳米尺度，长度比上述两维方向上的尺度大很多，甚至为宏观量的新型纳米材[3]。
长径比(长度与直径的比值)小的称为纳米棒，长径比大的称作纳米丝。
至今，关于纳米棒与纳米丝之间并没有一个统一的标准，通常把长度小于1μm的纳米丝称为纳米棒，长度大于1μm的称为纳米线。
半导体和金属纳米线通常称为量子线。
1.2 ZnO的光电性质ZnO是一种新型的n-Vl族宽禁带化合物半导体材料，与传统宽带半导体材料GaN、ZnS、Znse等相比，具有优异的光电性特性。
天然ZnO呈n型，通过掺杂111族等可以使zno的电阻率降低到约10-4欧姆，。
尽管n-Zno的掺杂技术目前己经成熟，但p-ZnO的掺杂仍然存在一定的问题。
ZnO是一种具有高折射率的材料，不同制备方法得到的结果有一定差异，一般在2.0左右，在可见光区zno具有很高的透过率，甚至可以超过95%。