掺杂浓度对ZnO纳米带形貌和结构的影响

1.纳米带的形貌

如图7-8所示，仅给出了Sn掺杂浓度为0.7 at.%和12.3 at.%的低倍SEM图像，插图给出了单个纳米带的高倍SEM图像。从图中可以看出样品均是由高密度的、大量的纳米带组成。这些纳米带的长度大约为几十微米，宽度为180～600 nm。通过对比可知，随着Sn浓度的增加，所有样品的形貌均是纳米带，并且纳米带的尺寸没有明显的变化，因此，浓度对样品的形貌影响不大，这可能是由于ZnO和Zn₂SnO₄纳米带的形成条件是类似的。

图7-8 a）Sn掺杂浓度为0.7at.%的ZnO纳米带的SEM图像； b）Sn掺杂浓度为12.3 at.%的纳米带的SEM图像；插图是单个纳米带的高倍SEM图像

2.纳米带的结构和成分

通过上述XRD谱的分析可知，在掺杂浓度大于2.1at.%而小于12.3at.%时，样品应是两相共存的，即ZnO和Zn₂SnO₄相。为弄清它们具体的存在形式，我们又进行了样品的成分测定。图7-9给出的是掺杂浓度约为7at.%的样品的成分分析。从图中可以发现，样品实际是由ZnO纳米带和Zn₂SnO₄纳米带/纳米线共同组成的。

3.锡酸锌（Zn₂SnO₄）纳米带的结构和成分测定(www.xing528.com)

图7-10展示的是Sn浓度为12.3 at.%的样品的TEM图像。从图中可以看出，样品中有大量的纳米带和少量的纳米线，这与样品的SEM图像（见图7-8b）一致。为证实样品为Zn₂SnO₄晶体，我们得到了单根纳米带/纳米线的SAED图和EDX谱，如图7-10b和c所示。根据SAED图判断出Zn₂SnO₄纳米带是单晶并且沿<110>方向生长，我们选取不同的纳米带进行测量，结果都一致，这说明所有的纳米带都具有一致的晶格结构。同时，它们的能谱显示出Zn，Sn和O的原子比是25:18:57，因此，可进一步证实我们合成的样品应是Zn₂SnO₄结构。该分析也与这块样品的XRD结果相一致，只是化学计量比并不完美，这也暗示出晶体中可能存在大量的缺陷，可能会对光学性质产生显著的影响。

图7-9 a）具有调制结构的Zn₂SnO₄纳米线的TEM图像（样品的掺杂浓度为Sn:7 at.%）； b）Zn₂SnO₄纳米线的能谱； c）同一块样品中另一个Sn掺杂ZnO纳米线的TEM图像； d）Sn掺杂ZnO纳米线的能谱

图7-10 a）Sn浓度为12.3 at.%的纳米带的TEM图像； b）相应的SAED图； c）对应的EDX谱