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纳米氧化锌的IR及其薄膜的UV光谱研究

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纳米氧化锌的!"及其薄膜的#$

光谱研究!!!程晓丽,高山,霍丽华",赵经贵

(黑龙江大学化学化工学院,哈尔滨!%""*"

)摘要:采用溶胶+凝胶浸渍提拉法制备了纳米氧化锌薄膜。,-.为六方晶系纤锌矿型,

薄膜表面均匀致密,粒径尺寸约为!"-/,#""0焙烧后的粉体在#%!1/+!处出现,-+.伸缩振动,

较体相材料向低波数移动了约’&1/+!,膜中,-.粒子的带边吸收位于(2(-/,

其吸光度值与膜层数间的较好线性关系说明可以将氧化锌溶胶中的纳米粒子较好地转移到基片上。

关键词:纳米氧化锌;薄膜;谱学性质

中图法分类号:.2#(文献标识码:3

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456-789:;$<9,=:;>5:-,?@;A 9$5@:",,5:;B 9-7$7

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*2(.:V :-;D 9E 6F E 9-1;W 9F 6;G 59-H 9

纳米氧化锌薄膜具有光电、压电、压敏和气敏等多种性质,使其在透明导体、发光元件、太阳能电

池窗口、光波导器、单色场发射显示器、高频压电转换器、微传感器等方面具有广泛的用途[!,’]。以往

多侧重于对纳米氧化锌粉体及其薄膜的粒子晶化择优取向与光电性质的研究[(],而对,-.纳米粉体

的变温P Q 及其薄膜的S T 光谱研究较少。本文以,-(34)’?’?’

.为反应前驱物,采用D ;<+76<浸渍提拉法制备了粒径约为!"-/的,-.纳米薄膜,

详细探究了其纳米粉体与薄膜的的结构和光谱性质,且测试了室温下薄膜对醇类气体的敏感性能。

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)&!?第!%卷第(期

’""(年!"月光散射学报4?P V X >X B .S Q V 3A.YA P =?C>43C C X Q P V =T ;

:5;;N 1;/收稿日期:’""($"2$("

基金项目:国家自然科学基金(’"!"!""(

)、黑龙江省高校骨干教师创新计划和省海外学人重点基金资助万方数据

实验

!"#溶胶与薄膜的制备:在!"($%)&?&’&

#乙醇溶液中,按!"&(与表面活性剂摩尔比为)*+加入二乙醇胺,+,-搅拌.,/0",陈化&12

,得透明溶胶待用。在经亲水处理的基片上采用浸渍提拉法挂膜。待乙醇挥发后于),,-热处理,得到单层!"#纳米粒子薄膜。重复上述过程可获得多层薄膜。

仪器和测试方法:利用美国3040567公司86"9:;9<

=>>>6原子力显微镜对薄膜的表面形貌观测,采用标准硅针尖,利用?6<<0"4模式对样品进行成像;

采用日本理学3/@$A B .C 型A 射线粉末衍射仪对粉体进行物相表征;以D C E 压片法,利用德国C E F G =E 公司H I

F 0"9J ))红外光谱仪测定氧化锌粉体的>K 谱;采用美国L =E

G 0"

H 7/=E 公司的M 6/N O 6P ,,紫外B 可见B 近红外光谱仪测定不同层数薄膜的电子吸收光谱。

!"#$%&!’"()#

*+,-./01".,"2(+.#2)33结果与讨论

薄膜的表面形貌观察:图Q 所示为玻璃基片上单

层纳米粒子薄膜的$R @图像,

可见所制备的薄膜表面平整致密、粒子均匀、粒径尺寸约为Q ,"/,

薄膜表面粗糙度K @:S &T P U )"/。其),,-焙烧后的A K 3

表明,(Q ,,)、(,,&)和(Q ,Q )晶面衍射峰的位置与!"#

的V %L 3:(卡号:.+B Q 1)Q

)的标准数据一致,说明纳米氧化锌粉体为六方晶系的纤锌矿结构。

粉体的>K 光谱:

图&为不同温度焙烧后得到的!"#$451*6738

*90:)+,-./8+;<*:!"#粉体的红外光谱。从未经焙烧粉体的>K 光谱可

见,&P &.和&U )+;/B Q 处的吸收为%’.和%’&

的伸缩振动,Q ,..;/B Q 附近的吸收可归属为%B#振动,

复合物中吸附的乙酸反对称和对称伸缩振动分别在

Q +,&和Q .P 1;/B Q 处,

由于没有观察到乙酸分子在Q W +,;/B Q 附近的羰基伸缩振动,

说明乙酸是以乙酸根的形式配位在纳米氧化锌表面[1]。随着焙烧温度的升高,表面活性剂和乙酸的相应振动峰逐渐消失。

1,,-焙烧后,在1)Q ;/B Q 处出现氧化锌晶格中的!"

B#伸缩振动,较体相材料的吸收峰(1U ,;/B Q )

向低波数移动了约&P ;/B Q ,

这可能是粒子尺寸减小,表面!

"#$=>?@?"338*90:)+,-./,"2(3;"01<",,*:*.02)A *:3原子增多,不饱和配位原子也增多,降低了!"B#振

动之间的耦合作用,使得振动频率减小。有趣的是在

1,,-焙烧后粉体的>K 光谱中存在着较强的吸附水

羟基的伸缩振动(.11Q ;/B Q )和弯曲振动

(Q +1,;/B Q )

,说明小尺寸的!"#纳米粒子表面吸附活性较高,这有利于提高氧化锌半导体材料的光催化

和气敏传感特性。

薄膜的紫外光谱分析:在石英基片提拉不同层数

的!"#纳米粒子薄膜的紫外可见吸收光谱见图.

,可以看到随着层数的增加,带边吸收明显,吸收强度增

加。将.+."/处薄膜的吸光度值与提拉膜的层数作?U P Q ?第.期纳米氧化锌的>K 及其薄膜的X Y 光谱研究&,,.

万方数据

曲线(见图!插图),可以看出!"!#$处薄膜的吸光度值与膜的层数之间存在较好的线性关系。这种关系说明能够将氧化锌溶胶中的纳米粒子较好地提拉到石英基片上,并且每次提拉转移的氧化锌量比较一致。

吸收边位于!"!#$,相应于%#&禁带宽度!’!"(),比%#&晶体的*+,

!’!()要大,这个差异主要是由于在多晶薄膜中存在晶界,在晶界处其原子结构与晶粒内部有差异,导致晶界处存在电荷和

势垒,形成电场,使禁带宽度增加,吸收限向短波方向移动[-,"]。

此外,室温下./层%#&纳米粒子薄膜对甲醇、

乙醇和正丙醇气体均有良好的敏感特性:可分别检测.00$甲醇,./00$乙醇和/’-00

$丙醇。参考文献:

[.]孙彦刚,霍丽华,高山等’量子尺寸%#&的溶胶法制备及光学性质研究现状[1]’

化学通报,2//2,./:""!’

[2]3’%#4565,7’8(#94:54,;’74#<:(=(>4?’&@5(#>(6%#&>:5#A 5?$B B 9#>:(B 5B C 9B D ?E +(?0

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[H ]张昕彤,庄家骐,任玉林等’量子尺寸氧化锌微粒的制备与表征[1]’物理化学学报,2///,J

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[-]包定华,王世敏,顾豪爽等’%#&薄膜的7D ?EP (?制备与结构分析[1]’科学通报,.Q Q -,!

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["]殷顺湖,王民权’%#&膜制备及性能研究[1]’材料导报,.Q Q Q ,.!(2):"/’

?Q Q .?第.-卷第!期

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