基于NaCl非水离子液法制备p型Na@ZnO一维微纳结构及光电性能研究

A study on synthesis and optoelectronic properties of high crystal quality p-type ZnO one-dimensional micro-and nanostructures is key to fabeication and applications of ZnO-based optoelectronic devices. On the basis of unique properties of NaCl nonaqueous ionic liquid and Na in doping ZnO, In this project, our aim is to prepare high crystal quality p-type ZnO noe-dimensional micro- and nanostructures with enhanced optoelectronic properties via a novel and new NaCl nonaqueous ionic liquid method. We will investigate the growth mechanism of ZnO micro- and nanostructures grown in NaCl nonaqueous ionic liquid to control the morphology and size of p-type ZnO one-dimensional micro- and nanostructures. The effect of experimental conditions on the growth of ZnO micro- and nanostructures in NaCl nonaqueous ionic liquid will be investigated to control the efficiency of Na doping ZnO one-dimensional micro- and nanostructures and the concentration of Na in ZnO one-dimensional micro- and nanostructures. In order to understand the physical mechanism of p-type ZnO one-dimensional micro- and nanostructures induced by Na-doping process, the optoelectronic properties of an individual ZnO one-dimensional micro- and nanostructure will be investigated in detail. The results will offer useful experimental and theory basis for the synthesis of high crystal quality p-type ZnO one-dimensional micro- and nanostructures. In addition, the obtained results can also be useful for the fabrication and applications of ZnO-based optoelectronic devices such as light-emitting diodes and laser diodes.

开展高质量p型ZnO一维微纳结构的制备和光电特性研究对于ZnO基高性能光电器件的研制及应用具有重要的科学意义。本项目基于NaCl非水离子液和Na在ZnO掺杂中的特殊性能，以获得性能优化的p型Na@ZnO一维微纳结构为目标，提出基于NaCl非水离子液法制备p型Na@ZnO一维微纳结构，研究NaCl非水离子液中ZnO微纳结构的生长机制，实现基于NaCl非水离子液的P型Na@ZnO一维微纳结构的可控制备。研究NaCl非水离子液中Na掺杂ZnO一维微纳结构的生长特性与生长条件的相互关系，提高ZnO一维微纳结构的掺杂效率，实现Na掺杂浓度的有效调控；通过基于单根Na掺杂ZnO一维微纳结构的光电性能研究，揭示ZnO一维微纳结构p型转变的物理机制，为高质量p型ZnO一维微纳结构的制备及性能调控提供实验与理论指导，为基于p型ZnO一维微纳结构的高性能发光二级管和激光二极管等光电器件的研制及应用奠定基础。

本项目设计了在NaCl非水离子液中热解Zn盐或热蒸发Zn粉制备Na掺杂p型 ZnO一维微纳结构的方法，并对Na掺杂ZnO一维微纳结构进行了系统表征，取得的主要成果有：（1）发展了一种一步室温固相法与NaCl熔盐法相结合制备Na掺杂p型 ZnO一维微纳结构的新方法。（2）系统研究助研磨剂对前驱物纳米结构形态和尺寸的影响，以及熔盐退火处理条件对ZnO微纳结构形态和尺寸的影响，实现了NaCl非水离子液中热解Zn盐制备Na掺杂ZnO一维微纳结构的控制生长。用X-射线粉末衍射、扫描电子显微镜与投射电子显微镜研究了所合成的纳米结构的成分、尺寸、形貌、结晶性和微观结构，揭示了Na掺杂ZnO一维微纳结构的生长机制；用激光拉曼技术和光致发光技术系统研究了Na掺杂ZnO微纳结构的光学性能，阐明了Na掺杂ZnO一维微纳结构的掺杂机制。（3）该方法通过室温固相反应与熔盐反应的有机结合，实现Na掺杂ZnO一维微纳结构的生长。创新之处在于：（i）通过一步室温固相反应制备纳米尺寸且处于亚稳态的前驱物，在熔盐分解过程中有效调控ZnO微纳结构的形态。（ii）该方法既利用 NaCl 非水离子液同时为 Na 掺杂 P 型 ZnO 微纳结构提供液态生长环境和掺杂元素 Na,又利用非水离子液的特性对 ZnO 微纳结构的形状进行调控。（4）发展了一种在NaCl非水离子液中热蒸发 Zn 粉制备Na掺杂p型 ZnO一维微纳结构的新方法。通过研究熔盐退火处理条件对ZnO微纳结构形态和尺寸的影响，实现了NaCl非水离子液中热热蒸发 Zn 粉制备Na掺杂ZnO一维微纳结构的控制生长。用X-射线粉末衍射、扫描电子显微镜）与投射电子显微镜研究了所合成的纳米结构的成分、尺寸、形貌、结晶性和微观结构，揭示了Na掺杂ZnO一维微纳结构的生长机制；用激光拉曼技术和光致发光技术系统研究了Na掺杂ZnO微纳结构的光学性能，阐明了Na掺杂ZnO一维微纳结构的掺杂机制。（5）该方法的创新之处在于：既利用NaCl非水离子液同时为Na掺杂P型ZnO 微纳结构提供液态生长环境和掺杂元素Na,又利用非水离子液的特性对ZnO微纳结构的形状进行调控。