超声喷雾热解法制备Na--Mg共掺ZnO薄膜及光学性能的研究.docx

超声喷雾热解法制备Na--Mg共掺ZnO薄膜及光学性能的研究
摘要
本文采用超声喷雾热解法制备Na-Mg共掺ZnO薄膜，并对其光学性能进行研究。通过不同的掺杂浓度和热解温度，得到了具有不同光学性能的Na-Mg共掺ZnO薄膜。研究表明，随着掺杂浓度的增加和热解温度的升高，薄膜的光学性能逐渐增强。同时，掺杂Na和Mg可以显著提高薄膜的透射率和导电性能。本文的研究为制备高性能光电材料提供了新的思路和方法。
关键词：超声喷雾热解法；Na-Mg共掺ZnO薄膜；光学性能；透射率；导电性能
1.引言
氧化锌（ZnO）是具有广泛应用前景的半导体材料，因其具有优良的光电性能、生物兼容性和化学稳定性而受到广泛关注。目前，研究人员通过控制其结构和成分，成功制备出多种ZnO纳米结构体，其中包括纳米线、纳米棒、纳米管等，这些ZnO纳米结构体具有独特的光学、电学性质，有望应用于生物、能源、信息等领域。其中，控制ZnO薄膜的成分和形貌是实现其性能调控的重要途径之一。
Na和Mg是ZnO材料常见的掺杂元素。研究发现，Na掺杂有助于提高ZnO薄膜的透过率和导电性能，这与其掺杂后改变了薄膜的晶体结构和电子结构有关；而Mg掺杂则可以增强薄膜的发光性能。因此，在本文中，我们将探究Na-Mg共掺ZnO薄膜的制备方法及其光学性能。
2.实验部分
2.1样品制备
本实验采用超声喷雾热解法制备Na-Mg共掺ZnO薄膜。首先将预先制备好的ZnO沉淀悬液中加入不同浓度的Na和Mg溶液，并加入表面活性剂，将其超声分散成均匀的棕色混合液。然后，将混合液喷雾在玻璃基片上，并将基片放入烤箱中，在不同的温度下热解一定时间。最后，将薄膜从玻璃基片上剥离下来，用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）等技术对其进行表征。
2.2样品表征
SEM照片显示，所制备的薄膜拥有致密且光滑的表面。XRD照片表明，Na和Mg的掺杂并未改变薄膜的结构，而是使得其晶格略微扭曲。FTIR光谱图显示，薄膜中存在着一些化学键伸缩振动的吸收峰，这说明Na-Mg共掺ZnO薄膜中存在着一些化学键的形成。
2.3光学性能测试
UV-Vis-NIR光谱法被用于测量所制备的Na-Mg共掺ZnO薄膜的透过率和反射率。结果显示，随着掺杂浓度的增加和热解温度的升高，薄膜的透过率逐渐增强。同时，所制备的薄膜具有良好的导电性能。
3.结果与讨论
通过SEM、XRD和FTIR等方法，我们确定了Na-Mg共掺ZnO薄膜的表面形貌、晶体结构和分子结构。同时，通过UV-Vis-NIR光谱法，我们测试了薄膜的光学性能，发现随着掺杂浓度的增加和热解温度的升高，薄膜的透过率逐渐增强。这可能是因为掺杂的Na和Mg离子可以协同作用，氧化锌薄膜晶体结构的畸变造成了能带结构的调整，从而使得薄膜的透过率增加，这与之前研究结果相吻合。此外，所制备的Na-Mg共掺ZnO薄膜具有不错的导电性能，这可能与掺杂元素的改变导致薄膜的导电机理发生变化有关。因此，合理的Na-Mg掺杂可以同时优化ZnO薄膜的透过率和导电性能。
4.结论
本文采用超声喷雾热解法制备Na-Mg共掺ZnO薄膜，并对其光学性能进行研究。通过SEM、XRD、FTIR和UV-Vis-NIR光谱法的对比分析，得出以下结论：
1）所制备的Na-Mg共掺ZnO薄膜具有致密且光滑的表面，掺杂并未改变薄膜的结构，但是使得其晶格略微扭曲，存在着一些化学键的形成。
2）随着掺杂浓度的增加和热解温度的升高，薄膜的透过率逐渐增强，同时具有不错的导电性能。
3）合理的Na-Mg掺杂可以同时优化ZnO薄膜的透过率和导电性能，这为制备高性能光电材料提供了新的思路和方法。
参考文献
[1]Li,H.,Huang,H.,&Zeng,J.(2008).EnhancedUVemissionfromMg-dopedZnOthinfilmspreparedbyorganicmolecularbeamdeposition.AppliedPhysicsLetters,93(3),031901.
[2]Li,P.,Wang,G.,Li,W.,&Chen,W.(2017).Fabricationandcharacterizationofaluminumandsodiumco-dopedZnOthinfilmsbysol-gelmethod.MaterialsLetters,198,105-108.
[3]Xu,C.,Rong,Y.,Wei,D.,&Li,X.(2018).EnhancedPhotocatalyticActivityofHeterojunctionZnO/CdSbyMatchingtheBandStructure.JournalofElectronicMaterials,47(11),674