文 献 综 述

一.前言

纳米粒子尺寸很小，表面原子所占比例很大，因而出现了一些不同于常规材料的物理效应，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面与界面效应、宏观量子隧道效应，介电限域效应等，纳米材料在光、电、磁、力学、敏感及催化等方面所呈现的许多奇异的物理性能大多与这些基本的物理效应有关。

ZnO是一种多功能的半导体材料，在很多领域都有极其广泛的应用前景，由于具有很高的导电、导热性能和化学稳定性及良好的紫外吸收性能，广泛应用于橡胶、陶瓷、日用化工、涂料等方面。它具有六角纤锌矿型的晶体结构，是一种宽禁带半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV ^[1]，激子约束能为60 meV ^[2]，远大于其他宽禁带半导体(如 GaN 晶体为25 meV), 光增益系数为 300 cm ^{-1 [3]}。ZnO在光电器件、传感器、短波长发光二极管(LED)、UV激光器和催化剂等方面具有广泛的应用背景。在Ⅱ-Ⅵ的CdS,CdSe体系中，人们通过在一种半导体纳米颗粒的表面包裹另一种半导体材料形成核/壳结构,成功地提高了纳米体系的荧光量子产率和稳定性，并通过改变壳层的参量，调整了体系萤光辐射的范围。在不同的生长条件下，ZnO会发育成多种不同形态的晶相^[4-7]。

氧化锌也是少数几种易实现量子尺寸效应的氧化物半导体材料之一，纳米ZnO由于其尺寸效应和量子限域效应在许多领域有重要意义和诱人前景。首先，由于单晶材料不易获得，纳米材料制备相对简单，且纳米尺度下，ZnO表现出与体材料不同的特殊性质而备受关注。其次，纳米ZnO表现出很强的界面效应，使其比体材料及其他金属氧化物材料有更高的导电率、透明性和传输率等。因而在半导体光电器件的集成和微型化领域占重要地位。此外，纳米ZnO能有效地置入一定介质体系或经特殊条件处理。改变其光谱发射结构并增强可见光（2个量级）和紫外（1个量级）发射度。最近，利用纳米ZnO的自组装行为获得了一些特殊形态和性质的纳米结构。目前纳米ZnO的研究涉及材料制备、性能探索、推广应用等到诸多方面。

二.纳米氧化锌的复合体系

纳米ZnO的材料研究，不仅集中于自身的优良性能，基于ZnO的掺杂材料的研究也相当广泛，目前已研究了很多材料与纳米ZnO的复合，如：MgO、MgF₂、Si、Si0₂、Ag、Al等，这些复合体系的材料，根据研究目的不同，主要分三类：用掺杂以改善纳米ZnO的性能，纳米ZnO改变了其他材料性能和兼用二者优点复合生成新功能的应用材料。在纳米ZnO复合材料中，以改善纳米ZnO性能为目的的材料占大多数，主要研究光谱发射、电导、光透过率、光电传输等性质。ZnO的低电阻特征使其成为一种重要的电极材料如用作太阳能电池的电极，液晶原件电极等。高光透率河大的禁带宽度使其可用作太阳能电池的窗口材料、低损耗的ZnO薄膜对酒精、丙酮等气体表现有良好敏感性。经某些元素掺杂后的ZnO对有害气体、可燃气体、有机蒸汽等具有良好的敏感性。

锰在元素周期表上位于第四周期，第VIIB族，术语比较活泼的过渡金属元素。其储量丰富（丰度为0.13%）、无毒无害、价格低廉，作为常见的变价金属元素，锰有多种形式的氧化物，如MnO、Mn₂O₃、Mn₃O₄、以及Mn0₂。近年来，由于其优异的物理化学性质，氧化锰被广泛应用于电磁、催化、油漆、离子交换和生物传感等多个领域。尤其是在锂电子电池方面，氧化锰既可以以LiMn₂O₄物质形式作为正极材料，也可以以MnO、Mn₂O₃、Mn₃O₄、以及Mn0₂等多种形式作为负极材料，具有非常广阔的应用前景。

氧化锰作为锂电子电池负极材料，与其它过渡金属氧化物相比，具有理论容量高、资源丰富和环境友好等优势。因此，国内外关于氧化锰锂离子负极材料的研究极为活跃。

三．半导体光电效应原理