聚乙烯吡咯烷酮对聚合物热处理法制备硅锌矿半导体纳米粒子结构与光学性能的影响

摘要： 硅锌矿是一种用于光电器件的无机半导体材料。本研究提出一种通过煅烧温度控制的新颖聚合物热处理方法来制备硅锌矿纳米颗粒，系统探究了聚乙烯吡咯烷酮（PVP）对该材料结构与光学性能的影响。热重分析及其导数曲线证实了PVP的分解行为，确定其完全分解的最低煅烧温度为740°C。红外光谱与拉曼分析验证了煅烧前有机源的存在以及热处理后硅锌矿纳米颗粒晶体结构的形成。基于红外结果，本研究最优PVP浓度为40 g/L——这是保证纳米颗粒纯净且均匀分布的最低浓度。煅烧前PVP样品的X射线衍射分析显示其为非晶态，在800-1000°C煅烧后获得α-硅锌矿相。场发射扫描电镜与高分辨透射电镜分析确定了颗粒形貌及平均粒径（23.8-36.7 nm）。随着PVP浓度从20增至50 g/L，光学禁带宽度相应地从5.24 eV提升至5.32 eV。本研究成果为理解PVP浓度对硅锌矿半导体纳米颗粒结构及光学特性的影响提供了新途径，该材料在光电器件领域具有重要应用潜力。