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纳米材料尺度范围介于宏观与微观之间,是联系宏观物质与微观物质的纽带。而半导体是导热、导电性能介于导体和绝缘体之间的材料,主要特征是存在能带间隙,带隙结构特征决定着半导体的电学、光学和磁学等性质,因而二者的交叉领域一半导体纳米材料受到人们的广泛关注。本论文的选题针对纳米材料的研究热点问题之一:纳米材料发光的尺度和光谱关系问题,对制备高性能的纳米发光材料有重要意义。本论文报道了纳米氧化锌(ZnO)的光学特性,包括制备、表征、荧光超快发射特性及ZnO纳米颗粒的紫外受激发射特性等。论文主要工作和创新点如下:
1.有目的地制备了不同粒径的ZnO纳米颗粒粉体样品,通过系统研究纳米ZnO的光学性质,深入了解其光学特性,总结半导体纳米材料的发光规律,探寻半导体纳米材料的发光机制,为纳米材料的实际应用提供实验和理论依据。采用均匀沉淀法制备纳米ZnO,以六水合硝酸锌为原料、尿素为沉淀剂,通过对前驱体碱式碳酸锌焙烧温度的控制,成功制备了同源的、不同粒径的纳米ZnO粉体样品,并用X-射线衍射谱、电子扫描显微镜、紫外.可见吸收光谱、拉曼光谱、光电子能谱等分析技术进行了表征。
2.利用稳态荧光光谱及时间分辨的光谱手段,首次系统研究了纳米ZnO在不同波长的光激发下出现的不同发光峰,及对应的不同波长的发光峰的发光机制,研究了纳米材料表面态在发光过程中的作用,并首次给出了纳米颗粒表面态影响材料光学性质的临界物理尺度。
3.针对无序ZnO纳米颗粒中出现的受激激射现象,从频域和时域两方面对纳米ZnO中紫外受激辐射的光学特性进行了细致的创新性实验研究和机理探讨。