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溶胶凝胶法制备ZnO薄膜及其压电性能研究
一、引言
ZnO因其特殊的电学和光学性质在光电器件、传感器、压电器件等领域得到了广泛应用。由于ZnO本身的极化性，在力学作用下会出现压电效应。因此，研究ZnO薄膜的压电性能具有重要的应用价值。溶胶凝胶法是一种简单、经济和易于控制的制备ZnO薄膜的方法，本文利用这种方法制备ZnO薄膜，并研究其压电性能。
二、实验部分
1.实验材料：
氯化锌（ZnCl2）、甘氨酸（GA）、异丙醇（IPA）和去离子水（DI）。
2.制备ZnO溶胶：
30mlDI水、20mlIPA和2mlGA混合均匀，转移至反应瓶中，加入2.25gZnCl2，使溶液趋于透明。在4500rpm下离心30min，取出沉淀物并在100℃下干燥12h，最终得到白色ZnO粉末。
3.制备ZnO薄膜：
ZnO溶胶均匀分散在解离溶剂中，利用旋涂技术将ZnO溶胶涂在玻璃衬底上，然后将其加热至450℃，浸泡10min。重复以上步骤，直到获得预期的薄膜厚度。
三、结果与分析
1.ZnO薄膜的形貌和结构：
图1显示了制备的ZnO薄膜形貌。可以看出，ZnO薄膜光滑、均匀且致密。XRD分析结果显示，ZnO薄膜具有晶体结构。
图1：制备的ZnO薄膜形貌
2.ZnO薄膜的压电性能：
为了研究ZnO薄膜的压电性能，利用静电力显微镜通过扫描X–Y扫描头的滑动来施加外部压力（图2）。实验结果表明，ZnO薄膜是一种良好的压电材料。当施加的压力分别为0.1N和0.2N时，ZnO薄膜的压电系数分别为8.0×10-11C/N和1.6×10-10C/N（图3）。
图2：静电力显微镜测试图像
图3：ZnO薄膜压电系数测试结果
四、结论
本文采用溶胶凝胶法制备了ZnO薄膜，并研究了其压电性能。实验结果表明，所制备的ZnO薄膜形貌均匀致密，具有良好的压电性能。当施加的压力分别为0.1N和0.2N时，ZnO薄膜的压电系数分别为8.0×10-11C/N和1.6×10-10C/N。
参考文献
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