● 摘要
ZnO一维纳米材料作为一种重要的宽禁带半导体材料，由于其独特的光学和电学特性，以及在光学器件和气体传感器等方面的潜在应用，近年来已成为纳米半导体材料研究的热点之一。目前，利用溶液法对ZnO一维纳米材料形貌调控的报道并不多见，因此，探索一种简单、温和且具有普适性的溶液法实现对ZnO一维纳米材料的形貌调控，并通过对形貌的调控实现对ZnO纳米材料性质的控制，这已成为迫切需要解决的问题。本论文利用溶液法制备了一系列具有新颖形貌和奇异性能的ZnO一维纳米材料，例如，不同直径的纳米棒、纳米星星、纳米六棱柱和纳米棒束。研究了各种生长条件对产物形貌、尺寸、结构和性能的影响，探索了它们的形成机制及形貌、尺寸和测试温度对它们光学性质的影响，最后对不同直径ZnO纳米棒的气敏特性作了初步的研究。论文的主要研究结果如下：（1） 利用改进的微乳液法，在二甲苯和氯仿体系中合成了直径在10~200nm的尺寸均匀、形态完美的ZnO纳米棒，ZnO纳米棒表面缺陷明显减少，在可见光区的发光强度显著减弱。其中，直径约10nm的ZnO纳米棒在10K的光致发光结果中出现了自由激子峰的蓝移现象，显示了明显的量子限域特征。（2） 首次采用改进的微乳液法，在二甲苯体系中合成了几何对称的六角星状ZnO纳米材料，并在室温条件下观察到了位于388.4nm处半峰宽仅为3nm的受激发射，其泵浦阈值仅为318kW/cm2。（3） 采用TOPO作为表面活性剂，在微乳液体系中得到了不同形貌的ZnO纳米材料，其中ZnO纳米六棱柱的顶端还出现了一个直径更小的六棱柱，这种新颖的结构可能会对纳米器件研究起到一定的作用。（4） 提出了一种简单的制备ZnO一维纳米材料的新方法，在没有使用任何表面活性剂的条件下合成了形貌独特、尺寸均匀的ZnO纳米棒束，产物的表面缺陷明显减少，在可见光区的发光峰几乎完全消失；以此方法为基础，改变加热条件后，得到了奇特的CoO-ZnO纳米棒束，对溶液法中进行掺杂作了初步的尝试。（5） 以不同直径的ZnO纳米棒为基础制备了不同的气敏元件，分别对不同浓度的乙醇、苯、甲苯、丙酮和三乙基胺等气体进行了检测，结果证实所得到的ZnO纳米棒气敏元件对乙醇、苯和三乙基胺气体都有很快的响应和很高的灵敏度，并初步分析了气敏元件的工作机制。本论文以软模板法为基础，发展了制备氧化物半导体一维纳米材料的新方法，并通过对产物微结构的调控实现了对宏观性质的控制。本论文发展的制备方法操作简单、条件温和、成本低且具有一定的普适性。所得产物形貌独特，尺寸均匀，其中一些产物在光学和气敏器件方面具有重要的理论研究价值和实际应用前景。