摘要：采用极性电气石(0001)晶面作为生长衬底,通过超声雾化热解技术,制备出直立片状晶体交叉构成的纳米ZnO薄膜,XRD和Raman测试显示晶体为六方纤锌矿结构.利用电子探针和穆斯堡尔谱,研究了电气石衬底的化学组成和Fe离子的精细结构,ZnO的片状生长与极性电气石的表面电场作用相关,随着电气石中Fe离子含量、价态和占位的变化,晶体沿c轴的固有电偶极矩越高,表面电场作用越强,ZnO纳米片的厚径比越小。

　　氧化锌(ZnO)的微结构、尺寸和形貌等因素对其物理性能及应用具有重要影响. 大量研究显示,ZnO 具有比碳纳米管更为丰富的纳米结构, 因此ZnO 微观形貌的研究成为一个具潜在应用价值的重要科研领域. 其中一维的ZnO 纳米结构较为常见[1-4], 有关二维ZnO 纳米结构的报道相对较少, 而且大多通过溶液方法合成[5-6]. 作为ZnO 薄膜生长的衬底材料如Si、Al2O3、GaAs、SiC、SrTiO3 等, 大多利用其晶格常数特征和晶体对称性, 作为ZnO 外延生长的几何支撑[7-11].

　　电气石(tourmaline)是三方晶系的硅酸盐矿物,具独特的异极对称结构, 有热电、压电和自发极化性. 其自发极化效应在晶体周围形成静电场, 晶体表面10μm 范围内电场强度可达104~107V/m, 在负离子释放、红外辐射、抗菌除臭、水质净化、电磁屏蔽等多方面有着广泛的应用, 是目前天然功能矿物材料中的研究热点[12-14]. 因此, 可以利用电气石特有的自发极化性及表面电场作用, 作为ZnO 外延生长的衬底材料, 电气石和ZnO 具有相似的晶体结构和物理特性, 电气石衬底同时也可以成为ZnO 纳米器件的组成部分, 并且可能和ZnO 产生一定的耦合效应, 有效改善和提高ZnO 的光电性能, 有利于两者电磁性能的相互促进.

　　本工作采用极性电气石(0001)晶片作为生长衬底, 通过超声雾化热解(USP)技术, 在相对“干燥”的环境中制备ZnO 纳米薄膜. 利用多种测试手段研究ZnO 的结构和形貌特征, 讨论衬底的化学成分和Fe 离子微观特征对ZnO 纳米结构形成和尺寸的影响.

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