合成CuO納米線ZnO量子點的異質(zhì)結形態(tài)控制

周明

摘 要：探索了不同的生長時間、生長溫度、氣體和水分條件對采用熱蒸發(fā)法生長CuO納米線在成型、長度、致密度和直徑等方面的影響。簡單分析了CuO納米線的生長過程、生長機理，并進一步研究了在CuO上生長ZuO量子點。通過改變實驗條件，研究在不同溫度、分解時間、乙酸鋅濃度對ZuO量子點外形的影響。研究發(fā)現(xiàn)，生長溫度會在一定范圍內(nèi)影響CuO納米帶的直徑和致密度，時間會影響納米線的長度。此外，在不同條件下可生成不同形狀的ZnO納米顆粒。這些參數(shù)條件對量子點的成核、生長和遷移有著至關重要的影響。

關鍵詞：納米線；生長機理；熱蒸發(fā)法；光電轉換率

中圖分類號：TB383 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）21-0127-01

CuO 是一種P型半導體材料，帶隙較窄，能量為1.2 eV，可與太陽光譜的極大值相匹配，理論上的光電轉換率為18%，是一種具有巨大潛力的太陽電池材料。一維結構的納米材料，比如納米線、納米棒、納米束、納米管和納米針等，具有較大的表面和體積比，具備獨特的光、電、熱性能。從報道來看，較短的CuO納米棒在較溫和的條件下很容易制備，但較長的一維CuO納米線大部分是在高溫下合成的，反應溫度一般在 500～900 ℃之間。

ZnO是一種直接寬帶隙（Eg=3.37 eV）半導體材料。它具有較高的激子束縛能（60 meV）和良好的熱穩(wěn)定性。由于ZnO一維納米材料具有不同于宏觀塊體的小尺度效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等性質(zhì)，使其具有許多優(yōu)異的物理性能，且生長了量子點的納米帶會改變原先納米帶的光學特性。因此，在CuO納米帶上生長ZuO量子點具有可行性和創(chuàng)新性。

1 實驗部分

將銅片用醫(yī)用剪刀剪成規(guī)則的長方形小片（1 cm×2 cm）放入燒杯中，倒入質(zhì)量分數(shù)為15%的稀硝酸清洗10 min，然后去除銅表面的氧化層，用去離子水清洗銅片并超聲震蕩5 min，反復3次；將清洗后的銅片放入恒溫箱中，設定為50 ℃，干燥30 min；將干燥后的銅片整齊排列在氧化鋁磁舟上并放入管式爐中加熱。

2 合成CuO納米線、ZnO量子點

將生長了CuO納米線的銅片泡入物質(zhì)的量濃度為1 mol/L的Zn（CH3COO）2·2H2O溶液中5 min，然后置于真空干燥箱中，設定為60 ℃，干燥30 min；干燥后的樣品在空氣條件下放入管式爐中退火，退火溫度為475 ℃，退火4 h后得到CuO納米線ZnO量子點異質(zhì)結構，并使用TEM、SEM和XRD觀察異質(zhì)結構的晶體結構、形態(tài)。系統(tǒng)研究后發(fā)現(xiàn)，影響異質(zhì)結構量子點成形和形態(tài)的因素有鹽的濃度、退火溫度、退火時間和退火的氣體環(huán)境。從結果中我們可以發(fā)現(xiàn)，量子點的尺寸在一定溫度范圍內(nèi)會隨溫度的升高而增大，CuO納米線的長度也會

在一定溫度范圍內(nèi)隨溫度的升高而增長。醋酸鋅的物質(zhì)的量濃度超過1 mol/L時，不會影響量子點的數(shù)目。

將制備的CuO基納米材料樣品從基底中取出，放到酒精溶液中，采用超聲波分散，然后置于銅網(wǎng)上進行TEM測試，分析復合微結構的表面結構和形態(tài)，并得到其表面的微觀功函數(shù)的空間分布和電子態(tài)密度分布。通過結合TEM和EDS研究，分析了量子點對納米帶表面電子能態(tài)的影響。具體如圖1所示。

a SEM下CuO納米帶的形態(tài) b TEM下單個納米帶的形態(tài)，納

米帶上的顆粒為ZnO量子點

圖1 量子點對納米帶表面電子能態(tài)的影響

3 結論分析

當溫度處于450～650 ℃之間時，CuO納米帶的直徑隨溫度的升高而增大；當溫度高于700 ℃時，無法生成CuO納米帶，且納米帶的長徑比越來越大。

當溫度處于425～475 ℃之間時，CuO納米帶上的ZuO量子點隨溫度的升高而增大；當溫度高于600 ℃時，無量子點生成。

醋酸鋅的物質(zhì)的量濃度在0.05～1 mol/L之間時，物質(zhì)的量濃度越高，單位面積量子點的數(shù)目越多；當物質(zhì)的量濃度超過1 mol/L時，量子點的數(shù)目不隨物質(zhì)的量濃度的升高而增加。

參考文獻

[1]Ramon Tena-Zaera，Jamil Elias，Gillaume Wang.Role of Chloride Ions on Electrochemical Deposition of ZnO Nanowire Arrays from O2 Reduction[J].Phys.Chem.C 2007（111）：16706-16711.

〔編輯：張思楠〕

Synthesis of CuO Nanowires ZnO Heterojunction Shape Control of Quantum Dots

Zhou Ming

Abstract： To explore the different growth time， temperature， gas and water conditions on the thermal evaporation method is used to grow CuO nanowires in shape， length， density and diameter， etc. Simple analysis of the CuO nanowires growth process， growth mechanism， and to further grow in the CuO ZuO quantum dot is studied. By changing the experiment condition， the research in different decomposition temperature and time， the influence of the concentration of zinc acetate ZuO quantum dot shape. The study found that growth temperature will affect the CuO nanoparticles within a certain scope of diameter and density； time will affect the length of the nanowires. In addition， produce different shapes under different conditions of ZnO nanoparticles. These parameters on nucleation， growth and migration of the quantum dots have very important influence.

Key words： nanowires； Growth mechanism； thermal evaporation method； photoelectric conversion rate

摘 要：探索了不同的生長時間、生長溫度、氣體和水分條件對采用熱蒸發(fā)法生長CuO納米線在成型、長度、致密度和直徑等方面的影響。簡單分析了CuO納米線的生長過程、生長機理，并進一步研究了在CuO上生長ZuO量子點。通過改變實驗條件，研究在不同溫度、分解時間、乙酸鋅濃度對ZuO量子點外形的影響。研究發(fā)現(xiàn)，生長溫度會在一定范圍內(nèi)影響CuO納米帶的直徑和致密度，時間會影響納米線的長度。此外，在不同條件下可生成不同形狀的ZnO納米顆粒。這些參數(shù)條件對量子點的成核、生長和遷移有著至關重要的影響。

關鍵詞：納米線；生長機理；熱蒸發(fā)法；光電轉換率

中圖分類號：TB383 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）21-0127-01

CuO 是一種P型半導體材料，帶隙較窄，能量為1.2 eV，可與太陽光譜的極大值相匹配，理論上的光電轉換率為18%，是一種具有巨大潛力的太陽電池材料。一維結構的納米材料，比如納米線、納米棒、納米束、納米管和納米針等，具有較大的表面和體積比，具備獨特的光、電、熱性能。從報道來看，較短的CuO納米棒在較溫和的條件下很容易制備，但較長的一維CuO納米線大部分是在高溫下合成的，反應溫度一般在 500～900 ℃之間。

ZnO是一種直接寬帶隙（Eg=3.37 eV）半導體材料。它具有較高的激子束縛能（60 meV）和良好的熱穩(wěn)定性。由于ZnO一維納米材料具有不同于宏觀塊體的小尺度效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等性質(zhì)，使其具有許多優(yōu)異的物理性能，且生長了量子點的納米帶會改變原先納米帶的光學特性。因此，在CuO納米帶上生長ZuO量子點具有可行性和創(chuàng)新性。

1 實驗部分

將銅片用醫(yī)用剪刀剪成規(guī)則的長方形小片（1 cm×2 cm）放入燒杯中，倒入質(zhì)量分數(shù)為15%的稀硝酸清洗10 min，然后去除銅表面的氧化層，用去離子水清洗銅片并超聲震蕩5 min，反復3次；將清洗后的銅片放入恒溫箱中，設定為50 ℃，干燥30 min；將干燥后的銅片整齊排列在氧化鋁磁舟上并放入管式爐中加熱。

2 合成CuO納米線、ZnO量子點

將生長了CuO納米線的銅片泡入物質(zhì)的量濃度為1 mol/L的Zn（CH3COO）2·2H2O溶液中5 min，然后置于真空干燥箱中，設定為60 ℃，干燥30 min；干燥后的樣品在空氣條件下放入管式爐中退火，退火溫度為475 ℃，退火4 h后得到CuO納米線ZnO量子點異質(zhì)結構，并使用TEM、SEM和XRD觀察異質(zhì)結構的晶體結構、形態(tài)。系統(tǒng)研究后發(fā)現(xiàn)，影響異質(zhì)結構量子點成形和形態(tài)的因素有鹽的濃度、退火溫度、退火時間和退火的氣體環(huán)境。從結果中我們可以發(fā)現(xiàn)，量子點的尺寸在一定溫度范圍內(nèi)會隨溫度的升高而增大，CuO納米線的長度也會

在一定溫度范圍內(nèi)隨溫度的升高而增長。醋酸鋅的物質(zhì)的量濃度超過1 mol/L時，不會影響量子點的數(shù)目。

將制備的CuO基納米材料樣品從基底中取出，放到酒精溶液中，采用超聲波分散，然后置于銅網(wǎng)上進行TEM測試，分析復合微結構的表面結構和形態(tài)，并得到其表面的微觀功函數(shù)的空間分布和電子態(tài)密度分布。通過結合TEM和EDS研究，分析了量子點對納米帶表面電子能態(tài)的影響。具體如圖1所示。

a SEM下CuO納米帶的形態(tài) b TEM下單個納米帶的形態(tài)，納

米帶上的顆粒為ZnO量子點

圖1 量子點對納米帶表面電子能態(tài)的影響

3 結論分析

當溫度處于450～650 ℃之間時，CuO納米帶的直徑隨溫度的升高而增大；當溫度高于700 ℃時，無法生成CuO納米帶，且納米帶的長徑比越來越大。

當溫度處于425～475 ℃之間時，CuO納米帶上的ZuO量子點隨溫度的升高而增大；當溫度高于600 ℃時，無量子點生成。

醋酸鋅的物質(zhì)的量濃度在0.05～1 mol/L之間時，物質(zhì)的量濃度越高，單位面積量子點的數(shù)目越多；當物質(zhì)的量濃度超過1 mol/L時，量子點的數(shù)目不隨物質(zhì)的量濃度的升高而增加。

參考文獻

[1]Ramon Tena-Zaera，Jamil Elias，Gillaume Wang.Role of Chloride Ions on Electrochemical Deposition of ZnO Nanowire Arrays from O2 Reduction[J].Phys.Chem.C 2007（111）：16706-16711.

〔編輯：張思楠〕

Synthesis of CuO Nanowires ZnO Heterojunction Shape Control of Quantum Dots

Zhou Ming

Abstract： To explore the different growth time， temperature， gas and water conditions on the thermal evaporation method is used to grow CuO nanowires in shape， length， density and diameter， etc. Simple analysis of the CuO nanowires growth process， growth mechanism， and to further grow in the CuO ZuO quantum dot is studied. By changing the experiment condition， the research in different decomposition temperature and time， the influence of the concentration of zinc acetate ZuO quantum dot shape. The study found that growth temperature will affect the CuO nanoparticles within a certain scope of diameter and density； time will affect the length of the nanowires. In addition， produce different shapes under different conditions of ZnO nanoparticles. These parameters on nucleation， growth and migration of the quantum dots have very important influence.

Key words： nanowires； Growth mechanism； thermal evaporation method； photoelectric conversion rate

摘 要：探索了不同的生長時間、生長溫度、氣體和水分條件對采用熱蒸發(fā)法生長CuO納米線在成型、長度、致密度和直徑等方面的影響。簡單分析了CuO納米線的生長過程、生長機理，并進一步研究了在CuO上生長ZuO量子點。通過改變實驗條件，研究在不同溫度、分解時間、乙酸鋅濃度對ZuO量子點外形的影響。研究發(fā)現(xiàn)，生長溫度會在一定范圍內(nèi)影響CuO納米帶的直徑和致密度，時間會影響納米線的長度。此外，在不同條件下可生成不同形狀的ZnO納米顆粒。這些參數(shù)條件對量子點的成核、生長和遷移有著至關重要的影響。

關鍵詞：納米線；生長機理；熱蒸發(fā)法；光電轉換率

中圖分類號：TB383 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）21-0127-01

CuO 是一種P型半導體材料，帶隙較窄，能量為1.2 eV，可與太陽光譜的極大值相匹配，理論上的光電轉換率為18%，是一種具有巨大潛力的太陽電池材料。一維結構的納米材料，比如納米線、納米棒、納米束、納米管和納米針等，具有較大的表面和體積比，具備獨特的光、電、熱性能。從報道來看，較短的CuO納米棒在較溫和的條件下很容易制備，但較長的一維CuO納米線大部分是在高溫下合成的，反應溫度一般在 500～900 ℃之間。

ZnO是一種直接寬帶隙（Eg=3.37 eV）半導體材料。它具有較高的激子束縛能（60 meV）和良好的熱穩(wěn)定性。由于ZnO一維納米材料具有不同于宏觀塊體的小尺度效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等性質(zhì)，使其具有許多優(yōu)異的物理性能，且生長了量子點的納米帶會改變原先納米帶的光學特性。因此，在CuO納米帶上生長ZuO量子點具有可行性和創(chuàng)新性。

1 實驗部分

將銅片用醫(yī)用剪刀剪成規(guī)則的長方形小片（1 cm×2 cm）放入燒杯中，倒入質(zhì)量分數(shù)為15%的稀硝酸清洗10 min，然后去除銅表面的氧化層，用去離子水清洗銅片并超聲震蕩5 min，反復3次；將清洗后的銅片放入恒溫箱中，設定為50 ℃，干燥30 min；將干燥后的銅片整齊排列在氧化鋁磁舟上并放入管式爐中加熱。

2 合成CuO納米線、ZnO量子點

將生長了CuO納米線的銅片泡入物質(zhì)的量濃度為1 mol/L的Zn（CH3COO）2·2H2O溶液中5 min，然后置于真空干燥箱中，設定為60 ℃，干燥30 min；干燥后的樣品在空氣條件下放入管式爐中退火，退火溫度為475 ℃，退火4 h后得到CuO納米線ZnO量子點異質(zhì)結構，并使用TEM、SEM和XRD觀察異質(zhì)結構的晶體結構、形態(tài)。系統(tǒng)研究后發(fā)現(xiàn)，影響異質(zhì)結構量子點成形和形態(tài)的因素有鹽的濃度、退火溫度、退火時間和退火的氣體環(huán)境。從結果中我們可以發(fā)現(xiàn)，量子點的尺寸在一定溫度范圍內(nèi)會隨溫度的升高而增大，CuO納米線的長度也會

在一定溫度范圍內(nèi)隨溫度的升高而增長。醋酸鋅的物質(zhì)的量濃度超過1 mol/L時，不會影響量子點的數(shù)目。

將制備的CuO基納米材料樣品從基底中取出，放到酒精溶液中，采用超聲波分散，然后置于銅網(wǎng)上進行TEM測試，分析復合微結構的表面結構和形態(tài)，并得到其表面的微觀功函數(shù)的空間分布和電子態(tài)密度分布。通過結合TEM和EDS研究，分析了量子點對納米帶表面電子能態(tài)的影響。具體如圖1所示。

a SEM下CuO納米帶的形態(tài) b TEM下單個納米帶的形態(tài)，納

米帶上的顆粒為ZnO量子點

圖1 量子點對納米帶表面電子能態(tài)的影響

3 結論分析

當溫度處于450～650 ℃之間時，CuO納米帶的直徑隨溫度的升高而增大；當溫度高于700 ℃時，無法生成CuO納米帶，且納米帶的長徑比越來越大。

當溫度處于425～475 ℃之間時，CuO納米帶上的ZuO量子點隨溫度的升高而增大；當溫度高于600 ℃時，無量子點生成。

醋酸鋅的物質(zhì)的量濃度在0.05～1 mol/L之間時，物質(zhì)的量濃度越高，單位面積量子點的數(shù)目越多；當物質(zhì)的量濃度超過1 mol/L時，量子點的數(shù)目不隨物質(zhì)的量濃度的升高而增加。

參考文獻

[1]Ramon Tena-Zaera，Jamil Elias，Gillaume Wang.Role of Chloride Ions on Electrochemical Deposition of ZnO Nanowire Arrays from O2 Reduction[J].Phys.Chem.C 2007（111）：16706-16711.

〔編輯：張思楠〕

Synthesis of CuO Nanowires ZnO Heterojunction Shape Control of Quantum Dots

Zhou Ming

Abstract： To explore the different growth time， temperature， gas and water conditions on the thermal evaporation method is used to grow CuO nanowires in shape， length， density and diameter， etc. Simple analysis of the CuO nanowires growth process， growth mechanism， and to further grow in the CuO ZuO quantum dot is studied. By changing the experiment condition， the research in different decomposition temperature and time， the influence of the concentration of zinc acetate ZuO quantum dot shape. The study found that growth temperature will affect the CuO nanoparticles within a certain scope of diameter and density； time will affect the length of the nanowires. In addition， produce different shapes under different conditions of ZnO nanoparticles. These parameters on nucleation， growth and migration of the quantum dots have very important influence.

Key words： nanowires； Growth mechanism； thermal evaporation method； photoelectric conversion rate