氮族掺杂纳米材料分析.doc

《应用胶体化学》论文大作业 氮族掺杂纳米材料 姓名：学号： 年级： ZnO的禁带宽度为3.37eV,具有较大的激子束缚能(60meV)，以及恶劣条件下的高稳定性。氧化锌一维纳米材料具有许多特异的物理、化学特性，在构建纳米电子和光学器件方面具有巨大的应用潜力，受到广泛的关注。摘要 2 一．氮族掺杂纳米材料的理论与实际意义 4 二．氮族掺杂纳米材料的国内外研究现状及比较分析 4 （一）氮族掺杂ZnO纳米材料的研究现状 4 （二）氮族掺杂ZnO纳米材料的研究方案 5 2.1采用沉淀法制备 ZnO 纳米材料前驱体 5 2.2采用水热沉淀法制备zno纳米晶粉末前驱体 7 2.3采用液相沉淀法制备ZnO 纳米材料前驱体 8 2.4采用一步燃烧合成法制备ZnO 纳米材料前驱体 9 三．氮掺杂纳米材料的优缺点 9 四．展望氮族掺杂纳米材料的应用前景 11 （一）氮掺杂氧化锌纳米材的应用前景 11 （二）氮掺杂氧化锌纳米材料展望 12 氮族掺杂纳米材料的理论与实际意义 （一）纳米材料的简介 纳米材料是指尺度为 (1-100) nm 的超微粒经压制、烧结或溅射而成的凝聚态固体。它断裂强度高、韧性好、耐高温，纳米复合同时也提高材料的硬度、弹性模量、Weibull模数 ,并对热膨胀系数、热导率、抗热震性产生影响。对材料独特性能的追求和对其进行控制的渴望促使人们不断研究新的纳米材料,微粒尺寸由100um 减少到几个纳米 ,但研究表明,材料的性能并不是随着尺寸的降低而无限提高的,性能的提高是在一定限度内的。 纳米材料的特殊结构使它具有许多与传统材料不同的物理、化学性能 ,具有更高的强度、韧性。纳米铁材料的断裂应力比一般铁材料高12倍,气体通过纳米材料的扩散速度为通过其他材料的上千倍,此点应用于催化可使催化效率大大提高。由于纳米晶粒的比表面积大,表面原子比率大,使体系的电子结构和晶体结构明显改变,表现出特殊的电子效应和表面效应,而掺杂微粒元素改变体系的物理化学性质则更为有效。 （二）氧化锌纳米材料简介 氧化锌作为一种新型的宽禁带半导体材料，具有直接带隙结构，室温下的禁带宽度约为 3.37eV，激子束缚能为 60meV。ZnO还具有原料丰富，成本低廉对环境友好无污染等优点，使其在蓝紫光发光二极管、紫外探测器、太阳能电池、场效应晶体管、传感器以及自旋电子等领域具有巨大的应用潜力[5]。近年来，ZnO纳米材料因其独特的形貌、结构以及特殊的材料性能，引起了全世界的广泛关注,人们对ZnO纳米材料进行了大量的研究工作。由于在ZnO材料中掺杂引入某些特定的元素，可以调节其材料性能。现在对于在纳米材料中掺杂某些元素，已达到改变氧化锌纳米材料的的某些性质已经成为研究热点。 下面我们将着重对于氧化锌纳米材料的掺杂改性进行了解。 二．氮族掺杂纳米材料的国内外研究现状及比较分析 （一）氮族掺杂ZnO纳米材料的研究现状 晶体材料的电、磁、声、光、热和力学性能，都具有结构敏感性。晶体缺陷对晶体结构具有巨大的影响，通过掺杂是完成特殊元素对纳米晶氧化物的掺杂取代、促进晶体材料的结构敏感性的有效手段。 通过特殊元素完成对纳米晶氧化物的掺杂取代、促进晶体材料的结构敏感性的研究近来已被广泛关注。如何控制缺陷的形成、类型及变化已成为晶体材料领域研究的重要课题[10]。 由于ZnO是本征 N 型半导体材料,很容易获得N型ZnO,但是P型ZnO却很难制备。经过人们的大量努力，目前P 型Zn O薄膜的研究已经取得了一些初步进展。从已报道的P型ZnO结果来看,虽然P型掺杂源也是多样的,都成功制备了P型 ZnO薄膜。目前来看，N型ZnO纳米材料研究的非常多，但由于锌间隙、氧空位等本征缺陷的存在，ZnO纳米线型P型掺杂却非常困难。虽然ZnO的P型纳米材料制备还是比较困难的，研究的也比较少，但目前一些研究组经过大量 努力已经制备出Sb、P、A s、N等掺杂的ZnO纳米结构。 理论研究表明，N是最好的受主掺杂元素，因为N与O的半径相近、电负性相似，N掺入ZnO薄膜后能引入较浅的受主能级。研究表明，在N掺杂的ZnO晶体中，呈现受主态时，N替代了O的位置。在目前报道的文献中，制备的P型ZnO样品大部分是采用N作为掺杂物。实际上，在所有的受主掺杂中，N是最适合的掺杂物。由于N与O的离子半径最接近，使得N更容易替代O的位置。N是p-ZnO很有效的受主掺杂元素，但仍存在很多困难，如起补偿作用的施主会因N掺杂浓度的不同而改变，低掺杂浓度时，主要是氧空位起补偿受主的作用;高掺杂浓度时，则是锌的反结构缺陷及其复合体缺陷补偿了受主。此外，ZnO受主能级一般很深，空穴在热激发下难于进入价带。所以，ZnO的p型掺杂仍受到人们