枝狀ZnO-TiO2復合納米棒陳列的制備及生長機理研究.pdf

1、ZnO是一種新型寬禁帶Ⅱ-Ⅳ族化合物半導體材料。其一維納米結構表現(xiàn)出獨特的物理化學性質,因而在納米器件領域具有廣泛的應用前景。在基底上生長的一維ZnO納米棒陣列可作為染料敏化太陽能電池的光陽極材料,替代傳統(tǒng)的TiO2納米晶顆粒,提高電池的光電轉換效率。
　　 本實驗采用垂直提拉法在FTO導電基底上制ZnO晶種層薄膜,通過化學水浴沉積法在晶種層上制備一維ZnO納米棒陣列,利用磁控濺射法在納米棒陣列表面生長TiO2分枝結構,最終得到

2、枝狀ZnO-TiO2復合納米棒陣列結構。進行了結構分析和形貌表征。得到如下結果:
　　 (1)當退火溫度在300℃時,品種層晶粒為無定形網(wǎng)絡結構,且生長雜亂。400℃和450℃退火的晶粒的結晶取向性顯著增強,形成了條紋狀彎曲疇晶,有效減小納米棒陣列同襯底間的晶格失配,提高ZnO納米棒的縱向有序度,使其垂直于基底生長。
　　 (2)化學水浴沉積法得到的ZnO納米棒陣列為六角纖鋅礦結構。(002)晶面的衍射峰為最強峰,表明納

3、米棒沿c軸擇優(yōu)生長。當熱處理溫度升高,生長時間延長,生長液濃度增加,所得到的納米棒陣列取向由雜亂趨向于有序,直徑逐漸增大。
　　 (3)直流磁控濺射制備得到的ZnO-TiO2復合納米棒陣列,存在金紅石結構的TiO2衍射峰。隨著氧氬比減小,氧分壓降低有利于金紅石結構TiO2的生成。當氧氬比為1:1時,沉積速率降低,形成表面包覆TiO2的ZnO納米棒陣列。當氧氬比為1:3時,TiO2在ZnO納米棒的側表面形核生長,最終得到長約100