納米ZnO光學(xué)性能的尺寸效應(yīng)

納米ZnO光學(xué)性能的尺寸效應(yīng)報告人：杜金波專業(yè)：物理學(xué)指導(dǎo)老師：孫長慶（教授）李建偉

1匯報內(nèi)容研究背景研究內(nèi)容與目的研究方法結(jié)論致謝2研究背景aaabcd眾所周知，材料制備是材料性能得以研究的基礎(chǔ)，目前國內(nèi)外能過通過各種方法制造形狀各異純度很高納米氧化鋅由于氧化鋅與其他半導(dǎo)體相比材料，不僅具有較大禁帶寬度，而且具有較高的激子能及（大約60mev)因此，國內(nèi)外研究者一致認(rèn)為納米氧化鋅在光電器件方面將有廣泛用途。其結(jié)果掀起了科學(xué)界對納米氧化鋅光學(xué)性能熱潮3a

b基于一些研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，納米氧化鋅與塊體材料相比表現(xiàn)出許多奇異的光學(xué)性能，由此大家一致認(rèn)為納米氧化鋅在光學(xué)器件應(yīng)用方面將會有明顯優(yōu)勢，國內(nèi)外研究者提出了許多模型試圖解釋這一物理機(jī)制。其中一致認(rèn)為比較有效的是量子陷域模型。4量子限域模型具有尺寸局限性。經(jīng)驗?zāi)Ｐ椭械膮?shù)物理意義并不清楚；并且某一個模型只能描述某種形貌性能的變化趨勢。因此我們有必要對其根本的物理機(jī)制做更深層的研究，尋求納米氧化鋅的光學(xué)性能隨尺寸變化內(nèi)在的物理機(jī)制。5研究內(nèi)容與目的納米ZnO吸收與發(fā)射光譜的尺寸效應(yīng)。尋求納米氧化鋅的光學(xué)性能隨尺寸變化內(nèi)在的物理機(jī)制。納米ZnO禁帶寬度的尺寸效應(yīng)。下面介紹我們的研究方法6研究方法塊體材料納米材料孤立原子大量低配位表面原子配位數(shù)鍵長收縮率12183%64%412%“配位數(shù)-鍵長”的定量關(guān)系：塊體材料由于其內(nèi)部原子間的相互作用使得其光學(xué)行為完全不同于孤立原子；而納米材料既具有內(nèi)部原子間的相互作用，又擁有大量的低配位表面原子，這使得它既不同于塊體材料也不同于孤立原子。所以，對于低維材料光學(xué)性能研究的基本出發(fā)點應(yīng)該是低配位原子間的相互作用。令人高興的是，1927年。7鍵馳豫理論核心：當(dāng)一個原子的配位數(shù)（Z)減少時，近鄰原子的鍵長(d)將會自發(fā)的縮短，單鍵能(Eb)將會增加，但原子的結(jié)合能(E)將會減少。鍵馳豫理論鍵馳豫理論數(shù)學(xué)表達(dá)：(b)……

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（1）納米固體具有大量且數(shù)目可調(diào)的低配位表面原子.低配位表面原子間的鍵長和鍵能以及低配位表面原子所占總數(shù)的比重主導(dǎo)納米材料的行為.上述事實和考慮,我們在1997年把Goldschmidt和Pauling的理論擴(kuò)展到能量空間并建立了“鍵序-鍵長-鍵強(qiáng)”(BOLS)相關(guān)性（或稱為斷鍵）理論并成功的應(yīng)用于預(yù)測納米固體的尺寸效應(yīng).8物理量的相對變化……（2）9

(a)(b)(c)0201dDdcc+=￠表面比率如果我們能夠建立了宏觀物理量與微觀鍵參數(shù)及表面低配位原子所占總原子數(shù)的分?jǐn)?shù)，我們就可以預(yù)測納米材料的性能尺寸效應(yīng)。10禁帶寬度與微觀鍵參數(shù)的關(guān)系如果我們能夠建立了宏觀物理量與微觀鍵參數(shù)及表面低配位原子所占總原子數(shù)的分?jǐn)?shù)，我們就可以預(yù)測納米材料的性能尺寸效應(yīng)。……

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（3）……

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（4）……

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（5）11

根據(jù)（1）（2）與（5）

禁帶寬度相對改變……

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（6）12光的吸收與發(fā)射由于納米氧化鋅存在大量低配位表面原子，因此對于納米氧化鋅光的吸收與發(fā)射，我應(yīng)該考慮電聲耦合他們的影響！根據(jù)鍵弛豫理論，我們可以吸收與發(fā)射能量相對變化13…

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（7）14…

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（8）由于實驗數(shù)據(jù)存在誤差，因此我們有必要對其修正。…

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（9）15

Bl=B(∞)+offsetClm<m>EPAMeasured-nanodots73.32-0.010.881.24Measured-nanodots83.32+0.010.991.45Measured-nanodots93.32+0.120.881.26EPLMeasured-nanodots73.32-0.170.51.24Measred-nanorods123.32-0.703.647.212.48Measured-nanorods133.32-0.022.625.81EGMeasred-nanocrystals73.32-0.010.811.46

Measured-nanodots103.32-0.171.071.88

Calcuated-nanodots113.32-0.080.781.41

Calcuated-nanodots83.32-0.181.362.34Measured-nanodots83.32-0.161.162.0316這些是我們根據(jù)理論與實驗擬合出來的結(jié)果，圖中實線代表理論變化，由圖可以看出理論與實驗吻和的很好！17結(jié)論僅僅最外三層原子對光學(xué)性能變化有貢獻(xiàn)，表體比率主導(dǎo)著其光學(xué)性能的變化趨勢。納米氧化鋅禁帶寬度大小等于的吸收與發(fā)射能和的二分之一。禁帶寬度與單鍵能成正比。

18致