PDF《ZnO 纳米花的制备及其性能》

1 (b) 所示), 因此我们 把这种 ZnO 纳米结构称作 ZnO 纳米花结构. 从图 中还可以看出, ZnO 纳米棒的顶部和边缘均很光 滑, 且顶部的形状为六边形, 这是典型的纤锌矿结 构[20] . 研究了不同的氧气和氩气流量比例对 ZnO 纳 米花结构的形貌、 晶体结构和性能的影响, 图2是不同的氧气和氩气流量比例制备的 ZnO 纳米花结 构的SEM图. 可以看出, 不同的氧气和氩气流量比 例均能够制备出ZnO纳米花结构, 这些结构形貌均 匀、 尺寸均一, 具有完整的刺球花结构, 说明这些 结构具有相同的生长模式. 每一簇纳米花均由许多 ZnO 纳米棒构成, 每一根 ZnO 纳米棒都垂直于底 部, 其表面光滑且顶部呈六边形, 是典型的纤锌矿 结构. 图1(网刊彩色) (a) ZnO 纳米花的 SEM 图;

(b) 刺球花 的照片 Fig. 1. (color online) (a) SEM photographs of the ZnO nano?ower;

(b) photos of the thorn cone. 为了研究氧气和氩气流量比例对 ZnO 纳米花 结构的影响, 根据图

2 的结果进一步测量和统计 了ZnO 纳米花中 ZnO 纳米棒的长度与直径的比值 (简称长径比), 结果如图

3 所示. 从图中可知, 氧 气和氩气流量比例分别为

1 : 150,

1 : 200,

1 :

250 和1:400 时所对应的 ZnO 纳米棒的长径比依次为 16.5±2.0, 9.2±1.0, 4.9±0.3, 3.2±0.3. 可以看出, 随 着氧气和氩气流量比例的减小即氧气氛的减少, 长 径比随之减小. 在氧气和氩气流量比例为

1 :

250 时, ZnO纳米花结构的形貌最均匀, 尺寸最均一, 花 型最完美. 207802-2 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 64, No.

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207802 图2不同的氧气和氩气流量比例制备出的 ZnO 纳米花的 SEM 图(a), (e)

1 : 150;

(b), (f)

1 : 200;

(c), (g)

1 : 250;

(d), (h)

1 :

400 Fig. 2. SEM images of ZnO nano?owers with di?erent O2/Ar ratio ?ow: (a), (e)

1 : 150;

(b), (f)

1 : 200;

(c), (g)

1 : 250;

(d), (h)

1 : 400. 图3不同的氧气和氩气流量比例制备出的 ZnO 纳米棒 对应的长径比 Fig. 3. Length/Diameter ratio of the ZnO nanorod versus O2/Ar ?ow ratio. 图4(网刊彩色) 不同的氧气和氩气流量比例制备出的 ZnO 纳米花的 XRD 图Fig. 4. (color online) XRD patterns of the ZnO nano?owers grown at di?erent O2/Ar ?ow ratio. 图4是不同的氧气和氩气流量比例所生长的 ZnO 纳米花结构的 XRD 图. 通过与标准 XRD 卡片(Cu: JCPDF-89-2838;

ZnO: JCPDF-89-1397) 比较, 图中除 Cu 和ZnO 的峰外没有其他铜的氧化 物的峰出现 [19] , 说明样品纯度均

一、 没有杂相. Cu 的XRD 峰较强, ZnO 的XRD 峰较弱, 主要是由于 ZnO 纳米花结构的量相对铜箔基片少;

但是 ZnO 的(002) 峰依然十分明显, 表明 ZnO 的晶体结构没 有受到氧气和氩气流量比例的影响, 也说明了ZnO 纳米棒为六方纤锌矿结构, 具有沿 c 轴择优生长的 特性, 这与SEM图所观察到的结果一致. 通过进一步研究不同的氧气和氩气流量比例 所生长的ZnO纳米花结构的PL谱, 如图

5 所示, 发 现所有样品在近紫外区域均有一个明显的带边发 光峰(?380 nm), 在可见区域存在与ZnO的缺陷态 有关的缺陷发光峰. 氧气和氩气流量比例为1 :

150 和1:200 的样品, 它们具有相似的发光峰, 在可 见区域有一个很宽的波包 (400―600 nm);

而氧气 和氩气流量比例为

1 :

250 和1:400 的样品, 它们 在可见区域可明显的观察到一个以

500 nm 为中心 的宽峰. ZnO 光致发光的特性取决于 ZnO 的能级 跃迁, 在ZnO的价带(VB)和导带(CB)间还存在许 多ZnO 的缺陷能级, 如图