氧化锌基纳米材料微结构的调控及结构和光学性能稳定性机理的研究

Nanomaterials with controlled morphology and stable structure are the important foundation for their stability functions and application developments. This project intends to carry out the following studies on ZnO-based nanomaterials: 1. Using chemical synthesis and adjustment means to prepare ZnO-based nanomaterials with a single specific structure; 2. Assisted with the conventional characterization test methods, photoelectron spectroscopy, energy dispersive X-ray diffraction means as well as the means of detection of the intermediate state or the final state of the materials will be uesd to explore the growth mechanism and growth kinetics of the materials, and then turn to realize controllable material growth; 3. Spectroscopy techniques will be used to explore the luminescence properties and nonlinear optical properties of the materials. Study the phenomenon of light-induced random lasing emission of ZnO Nanomaterials, and try to find a reasonable physical property associated mechanism; 4. Using the hybrid density functional method of the first principle, perform the theory research on the electronic states, material structure and photoluminescence properties of the materials that influenced by intrinsic defects and by doping with transition metal ions; 5. Combine with the results of experimental and theoretical studies to find the correlations between structure and properties of ZnO-based nanomaterial and associated mechanisms. The study results will be of great significance to the theory study of the stability of structure and optical properties and experimental design of nanomaterials.

具有特定和稳定结构的纳米材料是材料具有稳定性能和开发应用研究的重要基础。本项目拟以ZnO基纳米材料为研究对象，开展以下研究：1. 采用化学合成和调控手段制备具有单一特定结构的氧化锌基纳米材料；2. 在常规测试表征的基础上，辅助光电子能谱法、能量色散X衍射等手段以及材料的中间态或终态检测手段对材料进行深入的研究，探究材料的生长机理和生长动力学，实现材料的可控生长；3.利用光谱学技术手段研究材料的发光特性及非线性光学性质。研究ZnO纳米材料光致激射中出现的随机光发射现象，并致力于找出合理物性关联机制；4. 利用第一性原理中的混合密度泛函方法，研究ZnO基纳米材料中本征缺陷和掺杂过渡族元素对材料电子态、结构和发光性能的影响；5.结合实验和理论研究结果研究材料结构和性能的关联机制。研究结果将对纳米材料结构和光学性能稳定性的理论和实验设计研究具有重要意义。

制备和物性研究是材料应用技术研究的基础。本项目采用改进的微乳液法制备ZnO基纳米材料，通过调控实验条件，得到了分布均匀且分散性较好的ZnO基纳米材料，研究了光激发热效应对纳米材料的结构稳定性的影响和对发光性质的影响，掺杂条件和材料尺寸特征对材料发光性能的影响，纳米材料尺寸效应对材料非线性性质的影响、以及光致激射中出现的随机光发射现象的机理，制备的ZnO纳米材料在可见区的缺陷发光得到很好的抑制，为材料在紫外波段的应用打下了基础。建立理论模型，利用第一性原理，研究了材料电子结构和发光性能的关联机制，掺杂过渡族元素对材料电子态、结构和发光性能的影响，包括Au-N共掺杂ZnO电子结构和光学性质、Fe和Co掺杂、Mg掺杂、Cu掺杂，以及In，N共掺杂ZnO体系下材料结构和发光性能的关联机制；增加采用MOCVD方法制备结晶良好的ZnO薄膜材料，开展了ZnO基纳米材料在紫外探测中的应用研究。本项目的研究成果对ZnO基新型光电纳米材料的器件设计和应用提供理论和实验参考数据，同时对其它纳米材料的相关物性研究可以提供借鉴。