氧化锌纳米棒研究进展汇总
均匀沉淀法制备氧化锌纳米棒
第17卷第1期化 学 研 究Vol.17 No.1 2006年3月CHE M I CAL RESE ARCH Mar.2006均匀沉淀法制备氧化锌纳米棒龚海燕1,赵清岚2,李小红1,张治军13(11河南大学特种功能材料重点实验室,河南开封475001;21河南大学化学化工学院,河南开封475001)摘 要:采用均匀沉淀法制备了氧化锌纳米棒,用XRD,TE M,P L等检测手段对样品进行了表征.结果表明:所得样品为长约100n m,宽约30n m的纤锌矿结构氧化锌纳米棒,颗粒分布均匀.其在可见光区比紫外区的荧光发射显著增强.关键词:氧化锌;纳米棒;纳米材料;均匀沉淀法;荧光光谱中图分类号:T B383文献标识码:A文章编号:1008-1011(2006)01-0028-03Preparati on of ZnO Nanorod via Ho mogeneous Preci pit ati onG ONG Hai2yan1,Z HAO Q ing2lan2,L I Xiao2hong1,Z HANG Zhi2jun13(11Key Laboratory of Special Functional M aterials,Henan U niversity,Kaifeng475001,Henan,China;2.College of Che m istry and Che m ical Engineering,Henan U niversity,Kaifeng475001,Henan,China)Abstract:Zn O nanor ods were p repared by homogeneous p reci p itati on at l ow te mperature(80℃).Theirstructure and perfor mance were characterized by trans m issi on electr on m icr oscope(TE M),X2ray pow2der diffracti on(XRD)and phot olum inescence(P L).The XRD pattern indicated that the ZnO nano2r ods were of hexagonal nanostructure.The results of TE M i m age indicated that the dia meters andlengths of Zn O nanor ode are ca.30n m and100n m,res pectively.The UV e m issi on peak at～380n mand the yell ow2green band e m issi on peak at～575nm were observed by P L s pectra at r oom te mpera2ture.The lu m inescence intensity of yell ow2green band is34ti m eshigher than that of UV band.Keywords:ZnO;nanor od;nanomaterial;homogeneous p reci p itati on;phot olu m inescence 氧化锌是一种重要的半导体材料,室温下禁带宽度为3.2e V,具有很大的激子束缚能(约60me V).纳米氧化锌与体相氧化锌相比更具有一些特殊的性能,使其在光电[1-2]、化学[3]等方面表现出优越性能,因而制备纳米氧化锌半导体的研究是当今材料学领域中的一个研究热点.目前,有许多研究小组开展了许多关于制备纳米Zn O的研究工作[4-5],其制备方法主要有化学气相沉积法[6]、水热法[7]、电沉积法[8]、喷雾热解法[9]、等离子法[10]等.其中,Cheng B in[11]和L iu B in等[12-14]用水热法制备了ZnO纳米棒,他们的实验条件要求苛刻,反应温度超过100℃,压力大,时间长,制备出的氧化锌纳米棒的长径比较大,长度一般都超过1μm,并且尺寸分布宽.作者采用一种简便的方法,以硝酸锌和六亚甲基四胺为原料,采用均匀沉淀法在较低的温度下成功合成了比较均匀的氧化锌纳米棒.与其它制备方法相比具有实验方法简便,条件温和,成本低,制得的纳米棒比较均匀,长径比较小的优点.1 实验部分1.1 试剂六水合硝酸锌(A R,天津市博迪化工有限公司);六亚甲基四胺(A R,天津市化学试剂有限公司);去离收稿日期:2005-09-30.基金项目:国家高技术研究发展计划863计划基金资助项目(2002AA302607).作者简介:龚海燕(1980-),女,硕士,从事纳米材料的制备、表面改性及应用.3通讯联系人.第1期龚海燕等:均匀沉淀法制备氧化锌纳米棒29 子水.1.2 Zn O 纳米棒的制备在250mL 三颈烧瓶中加入3.5g Zn (NO 3)2・6H 2O 和0.4g 六亚甲基四胺和50mL 去离子水,搅拌溶解,在80℃下保温反应2h 后抽滤,用去离子水充分洗涤.将所得产物在150℃下烘干1h,即得到白色粉末状Zn O 纳米棒.1.3 结构与性能表征用JE M 2100CX 型电子显微镜(TE M )对样品进行了形貌和电子衍射(E D )观察.用Phili p s X‘Pert Pr o X 射线粉末衍射仪(XRD )(Cu K α0.15406nm ,扫描范围:15°-90°),考察了样品的晶体结构.用荧光光谱仪(SPEX F212)检测样品的光学性能,激发光源为Xe 灯,激发波长330n m.TE M 制样:把样品超声分散在乙醇中,滴在镀有碳膜的铜网上进行观察.2 结果与讨论2.1 形成机理分析直接沉淀法很难防止沉淀剂局部浓度过高所造成溶液中局部过饱和度过大,而使得溶液中同时进行均相成核和非均相成核,造成沉淀粒度分布不均匀.而均匀沉淀法则避免了这种现象.沉淀剂六亚甲基四胺在一定的温度下水解,水解生成的构晶离子OH -与硝酸锌均匀反应生成氢氧化锌沉淀.水溶液中氢氧化锌又在一定的温度和pH 值下直接转化成氧化锌[15].反应方程式如下:(CH 2)6N 4+10H 2O 6HCHO +4NH 3・H 2O2NH 3・H 2O +Zn2+Zn (OH )2+2NH +4Zn (OH )2ZnO +H 2O从方程式中的反应物比例可知,实验中六亚甲基四胺过量,而相同条件下在锌盐过量的情况下得到的是较大的氧化锌微粒.并且在同类型的均匀沉淀中(比如用尿素),则得到粒度均匀的类球状纳米氧化锌.因此可推断在反应的过程中六亚甲基四胺不仅作为一种均相沉淀剂,而且也是一种有机包覆剂,起到在氧化锌晶核长大的过程中限制其某一晶面生长,而沿着其它晶面生长的作用.2.2 透射电子显微镜分析图1 Zn O 纳米棒的TE M (a )和单根纳米棒E D 图(b )Fig .1 TE M i m age (a )and E D pattern (b )of Zn O nanor ods图1a 为样品的透射电镜形貌和电子衍射图.由图可见样品形貌为棒状的氧化锌,宽约30n m ,长约100n m.颗粒尺寸分布窄,分散性较好.图1b 为单根氧化锌纳米棒的电子衍射(E D )图,从图中可以看出电子衍射呈现规则的点阵图案,说明Zn O 纳米棒具有单晶结构.2.3 X 射线衍射分析图2为样品的X 射线粉末衍射图.由图可知样品中所有衍射峰都归属于六方晶型铅锌矿结构的氧化锌.衍射角2θ=31.75°,34.4°,36.2°,47.9°,56.5°,62.8°分别对应于Zn O 的(100),(002),(101),(102),(110),(103)晶面,与氧化锌标准卡片(JCP DS NO.36-1451)相符合.图中样品的X 射线衍射峰较尖锐,表明样品的结晶度较高.2.4 荧光分析图3为室温下氧化锌纳米棒的荧光光谱图.由图可知,样品有两个发射带,一个是位于385nm 处的紫外发射,是近带边发射[16],相对较弱;一个是位于575n m 处的黄2绿光发射,主要来源于氧化锌中的单个氧离子空位,当光激发产生的空穴与占据氧离子空位的电子复合时,能量会以光辐射的形式释放出来.体相和一般纳米氧化锌在可见光区的发射带主要在510n m ,并且强度要比紫外发射弱,而本实验所制的氧化锌纳米棒在可见光区的发射发生了红移,发射带强而宽,其发射强度是紫外光区的34倍,主要由于氧化锌纳米棒的制备条件影响其形成过程,导致其中可能存在更多的氧空位,从而引起大量缺陷[17].结论:采用均匀沉淀法在比较温和的条件下制备了长约100nm ,宽约30n m 的铅锌矿结构氧化锌纳米30 化 学 研 究2006年棒,颗粒分布均匀.对其光学性质研究表明,在室温下氧化锌纳米棒不仅在紫外区有发射带,而且在黄2绿光区有很强的荧光现象,推测原因可能是表面氧缺陷增加所致.是很有潜力的发光材料.图2 Zn O 纳米棒的XRD 图Fig .2 XRD patterns of Zn O nanor ods 图3 室温下Zn O 纳米棒的荧光光谱图Fig .3 E m issi on s pectru m of Zn O nanor od atr oom te mperature参考文献:[1]L in G,Yang S H,Yang C L,et al .H ighly monodis perse poly mer 2capped Zn O nanoparticles:Preparati on and op tical p r operties[J ].A ppl Phys L etter ,2000,76(20):2901-2903.[2]HuangM H,Mao S,Feick H,et al .Room 2te mperature ultravi olet nanowire nanolasers [J ].Science,2001,292:1897-1899.[3]丁士文,张绍岩,刘淑娟,等.直接沉淀法制备纳米Zn O 及其光催化性能[J ].无机化学学报,2002,18(10):1015-1018.[4]Pan Z W ,Dai Z R,W ang Z L,Nanobelts of se m iconducting oxides [J ].Science,2001,291:1947-1949.[5]Lubom ir S,Marc A A,Se m iconduct or clusters in the s ol 2gel p r ocess:quantized aggregati on,gelati on,and crystal gr owth in con 2centrated zinc oxide coll oids [J ].J Am Che m Soc,1991,113:2826-2833.[6]Seung Y B,Hee W S,Hyun C C,et al .Heter ostructures of Zn O nanor ods with vari ous one 2di m ensi onal nanostructures [J ].JPhys Che m B ,2004,108(33):12318-12326.[7]Zhang H,Yang D,L i D S,et al .Contr ollable gr owth of Zn O m icr ocrystals by a capp ing 2molecule 2assisted hydr other mal p r ocess[J ].J C ryst Gro w th D 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毕业论文(氧化锌纳米材料的研究进展)
学号：2007******某某师X大学学士学位论文题目氧化锌纳米材料的研究进展学生***（2007******）指导教师*** 助教年级2007级专业物理学系别物理系学院物理与电子工程学院学士学位论文题目氧化锌纳米材料的研究进展学生***指导教师*** 助教年级2007级专业物理学系别物理系学院物理与电子工程学院某某师X大学2011年5月word氧化锌纳米材料的研究进展***摘要：纳米材料已成为当今许多科学工作者研究的热点，而氧化锌纳米材料的许多优异性能使其成为重要的研究对象并得到广泛的应用。
本文概述了纳米ZnO的应用前景及国内外的研究现状，对纳米ZnO各种制备方法的基本原理等进行了详细的分析讨论，同时提出了每种工艺的优缺点，简单介绍了氧化锌纳米材料的性质及其可能的应用领域，提出了研究方向，并对氧化锌纳米材料的发展前景进行了展望。
关键词：纳米氧化锌氧化锌应用研究纳米ZnO材料显示出以往未曾有过的优异性能，即使在传统应用领域中，也显示出较普通ZnO材料更加优良的性能，其应用前景非常广阔，其技术开发和应用研究已受到高度重视，如何大规模，低成本制备纳米ZnO材料就显得尤为重要，目前研究的方向是进一步深入探讨纳米ZnO的形成机理和微观结构，探求高纯纳米ZnO的制备方法，并使之工业化，随着制备技术的进一步完善和应用研究的进一步深入，纳米氧化锌必将成为21世纪一个大放异彩的明星而展现在新材料、能源、信息等各个领域，发挥其更加举足轻重的作用[1]。
本文系统评述了近年来氧化锌纳米材料制备的一些新方法，介绍了氧化锌纳米材料的性质及其应用领域，并对氧化锌纳米材料的发展前景进行了展望。
一、ZnO的研究现状纳米技术应用前景十分广阔，经济效益十分巨大，纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点，其相应发展起来的纳米技术被公认为是21世纪最具有前途的科研领域[2]。
目前，国内外关于纳米ZnO的研究报道很多，日本、美国、德国、韩国等都做了很多工作。
ZnO纳米棒阵列生长机理及光催化 性能研究
Material Sciences 材料科学, 2018, 8(5), 482-489Published Online May 2018 in Hans. /journal/mshttps:///10.12677/ms.2018.85054Growth Mechanism andPhotocatalytic Performance ofZnO Nanorod ArraysChunwei Liu, Yang Wan, Shenghai Zhuo, Sha Luo*College of Material Science and Engineering, Northeast Forestry University, Harbin HeilongjiangReceived: Apr. 22nd, 2018; accepted: May 9th, 2018; published: May 16th, 2018AbstractWell-defined ordered ZnO nanorod arrays were successfully prepared on activated carbon fibers by combining sol-gel with a hydrothermal method. The growth mechanism was proposed by SEM, XRD and N2 physisorption. Concentration of zinc acetate had a regulatory effect on the morphology of ZnO nanorods. ZnO films provided the nucleus for oriented growth of nanorods, promoting its preferential growth along the c-axis direction of activated carbon fibers. The photocatalytic tests showed the catalytic performance of ZnO nanorod arrays/activated carbon fibers was influenced obviously by zinc acetate. When the Zn(CH3COO)2 concentration was 0.15 mol∙L−1, its removal effi-ciency of methylene blue reached 90% during 120 min. After five regeneration cycles, its photo-catalytic efficiency remained 82%.KeywordsZinc Oxide, Nanorod Array, Activated Carbon Fiber, Growth Mechanism, PhotocatalysisZnO纳米棒阵列生长机理及光催化性能研究刘春闱，万阳，卓盛海，罗沙*东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨收稿日期：2018年4月22日；录用日期：2018年5月9日；发布日期：2018年5月16日*通讯作者。
纳米氧化锌光催化降解性能影响因素研究进展
纳米氧化锌光催化降解性能影响因素研究进展摘要：纳米氧化锌因为纳米材料本身独特的效应，使其有着独特的物理和化学性能，在日益重视环境的现在来说，纳米氧化锌的光催化降解性能越来越使人重视，本文对纳米氧化锌光催化降解性能的研究进行综述。
关键词：纳米氧化锌光催化性能影响1引言近年来随着社会科技的不断发展，社会污染也越来越严重，一些污染物自然降解较慢，随着人们的深入研究发现作为半导体的氧化锌因其独特的物理和化学性能，可使污染物在光催化下分解，自半导体的光催化效应发现以来，一直引起人们的重视，原因在于这种效应在环保、水质处理、有机物降解、失效农药降解等方面有重要的应用。
作为一种重要的光催化剂，纳米氧化锌有着比块体氧化锌更强的光催化能力。
一方面，这是因为量子尺寸效应会使半导体能隙变宽，导带电位变得更负，而价带电位变得更正，从而使纳米氧化锌获得了更强的氧化还原能力；另一方面，纳米氧化锌有比块体氧化锌大得多的比表面积，高比表面积使得纳米材料具有强大的吸附污染物的能力，这对提高催化反应的速度是十分有利的。
[1]2纳米氧化锌的光催化性能影响因素2.1形貌对光催化性能的的影响纳米氧化锌的制备技术决定了纳米氧化锌的微观形貌，进一步决定了其不同的光催化性能，纳米氧化锌的主要形貌有花状、棒状、片状、颗粒状等其他特殊结构。
周小岩等[2制备出三种不同形貌的纳米ZnO粉体，分别为纺锤状，棒状和片状。
纺锤状和棒状显露的（001）晶面相对非极性面其面积很小。
片状ZnO显露的（001）晶面相对非极性面其面积较大。
因此3种相貌的ZnO样品显露（001）晶面的大小顺序依次是：片状＞棒状＞纺锤状，其光催化活性大小也是片状＞棒状＞纺锤状。
经比较得出片状ZnO呈现出较高的光催化活性的结论。
其原因是ZnO晶体显露极性面的面积相对非极性面越大,其光催化活性越高。
特殊形貌的纳米氧化锌也同样受到重视，余花娃等[3]，以乙酸锌和氢氧化钾为原料合成纳米ZnO，该产物呈现形貌均一的海胆状结构。
橡胶助剂纳米氧化锌生产技术的研究开发进展
溶胶一 凝胶法是将锌 的醇盐或无机盐经水解 或缩聚形成 溶胶，然后加 热或脱水使溶质 凝胶
两性，必须将Ｐ 值维持在较小的范围内。另外， Ｈ
该反应的工艺条件较为苛刻，反应时间 比较长。 汤 皎宁等 【采用均匀沉 淀法 ，以硝 酸锌为 ３
原料，尿素为沉淀剂，合成了纳米氧化锌粉末。
化，再将凝胶干燥 、焙烧得到纳米粉体。 王玉棉等以草酸与二水合醋酸锌为原料，采
段 ）；由于体系中存在十分有效的热对流以及溶
解区和生长 区之间的浓度差，这些离子、分子 或离子团被运输到生长区 （ 输送阶段 ）；离子 、 分子或离子团在生长区晶体的界面上 的吸附、分 解和脱 附，最后形成晶体 。
（ 广东橡胶》２１年 第 ５ ０１ 期
水 热合成 法制备纳米 氧化锌一般是先 采用 直接沉淀的方法 制备 出含锌 的前驱体，然后将 前驱体溶解在水热介质 中，在一定温度和时间下 ’ 水热反应。由于含锌 的前驱体在水热条件下会溶
１ １沉 淀法 ． 沉淀法是通过在原料溶液 中添加适当的沉淀
锌源，以Ｎ ２Ｏ、（Ｈ ２ ３ Ｈ Ｈ 、Ｎ Ｏ作为 ａ ３ Ｎ ３ ｃ 、Ｎ ３ ２ ａＨ Ｃ ）ｏ ０ 沉淀剂 ，采用直 接沉 淀法 制备 了纳米氧化锌粉 体 。采ＮＸ Ｄ Ｅ 测试手段对纳米氧化锌粉体 Ｒ 和Ｔ Ｍ
进行 了表征。结果表明沉淀剂为Ｎ ２Ｏ时制备的 ａ 。 Ｃ
为配位剂，以除杂剂除去溶液 中的重金属离子， 经过滤分离得到精制的碳酸四氨合锌 （ Ｉ配合物 Ｉ） 溶液；通过加水稀释或加热使配合物中的锌离子
在溶液中均匀地析 出，并与碳酸根离子反应生成
均匀沉淀法 由于构晶离子的过饱和在整个溶 液中比较均匀，所 以沉淀物的颗粒晶型成规，颗 粒 均匀 且致 密 ，避 免 了杂 质 的共 沉 淀 ，得 到粒 子
氧化锌纳米棒微球的水热制备及其气敏性质研究
提 高 了 氧化 锌 纳 米 棒 微 球 在 酒 精 和 汽 油 之 间 的选 择 性 。 关 键 词 ： 化 锌 纳 米 棒 微 球 ； 热 法 ； 掺 杂 ； 敏 性 质 氧 水 镍 气 中 圈分 类 号 ： Ｂ ８ ； Ｐ １ ． Ｔ ３３ Ｔ ２２２ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１０ —３ １ ２ ０ ） ２０ ０ —４ ０ １４ ８ （０ ７ ０ —０ ３０
了解决 氧化性 气 体和 还原 性气 体 （ ｘ和 Ｃ 同时作 ＮＯ Ｏ） 用， 所产 生 的 双 重 响 应 问 题 ， ．Ｐｊｌ Ｃ ｉ ａ 人 在 Ｓ Ｏ。 ｏ ｔ等 ｎ
薄 膜上 覆 盖 了一 层铑 金属 薄膜 ， 得 了很好 的效 果［ 。 取 ７ ］
杨 洪伟 。王 迎春 曹 传 宝 何 永清 。 ， ， ，
（ １北 京理 工 大学 材料 科学 与工 程 学 院 ， 北京 １ ０ ８ ； ０ ０ １
２中国人 民解 放军 ９ ４ １ 队 ， ６１ 部 陕西 宝鸡 ７ １ ０ ） ２ ０ ６
Ｙ Ａ Ｎ Ｇ ｏ ｇ ｗ ｅ ， Ｈ ｎ— ｉ
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氧 化 锌 纳 米 棒 微 球 的 水 热 制 备 及 其 气 敏 性 质 研 究
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氧 化 锌 纳 米 棒 微 球 的 水 热 制 备 及 其 气 敏 性 质 研 究
Ｈ ｙ ｏ ｔ ｒ ａ ｄｒ —ｈｅ ｍ ｌＳｙｎ ｈｅ ｉ ｎｄ Ｇ ａ ｎｓｎ ｏ ｅ ｔｅ ｆ ｔ ｓｓａ ｓ Ｓｅ ｉ ｇ Ｐｒ ｐ ｒｉ ｓｏ Ｚｉ ｘ ｄ ａ ｒ ｄｓｍ ｉｒ ｓ ｈｅ ｅ ｎｃＯ ｉ ｅ Ｎ ｎｏ ｏ — ｃ ｏ ｐ ｒ ｓ
ZnO纳米线及其器件研究进展
ZnO 纳米线及其器件研究进展谌小斑,贺 英,张文飞(上海大学材料科学与工程学院高分子材料系,上海 201800)摘要:介绍了氧化锌(ZnO)纳米线(NW)的性质,总结了ZnO NW 的气相法、液相法、模板生长法、自组装法等制备原理和方法,详细阐述了ZnO NW 基光电、压敏和气敏等纳米器件的研究现状,如在发光二极管、太阳能电池、紫外激光器、纳米发电机、气敏传感器的应用现状。
分析了目前ZnO NW 器件实用化进程中难以解决的p 型掺杂等方面的问题及其在荧光探针、稀磁半导体材料和自旋电子器件等方面的研究和应用趋势,指出今后的研究及发展方向主要将集中在ZnO 缺陷形成及作用机理的研究,ZnO NW 荧光探针的制备及其在生物医学上的应用,不同结构的ZnO 超晶格和多量子阱的制备及其在自旋电子器件中的应用。
关键词:氧化锌纳米线;纳米器件;光电器件;压敏器件;气敏器件中图分类号:TN 304.21;T N 303 文献标识码:A 文章编号:1671-4776(2008)10-0590-07Progress in ZnO Nanowire and NanodeviceChen Xiao ban,H e Ying,Zhang Wenfei(D ep ar tment of Poly mer M ater ial,S chool of M ater ial S cience andEngineer ing,S hang hai Univ er sity ,Shanghai 201800,China)Abstract:T he pro perties of ZnO nanow ir e (NW )are intr oduced,and the principles and methods of preparing ZnO nanow ires are review ed,including v apor method,liquid method,template grow th m ethod,self -assemble method and so on.The statues of optoelectronic devices,pr es -sur e -sensitiv e devices and g as -sensitive devices based ZnO N W are described in detail,such as light -emitting dio de (LED),solar cell,ultr av io let laser,nano generator and gas senso r.The difficulties resolved in practical application of ZnO NW devices,such as doped p -type ZnO,are analyzed.T he tendencies of fluo rescent pro be,diluted m ag netic sem iconductor mater ials and quantum spin devices based ZnO NW are forecasted.It is indicated that the follow ing researches w ill be focused on the defect fo rmation and function m echanism of ZnO,preparation and application of ZnO NW fluorescent probe,research of ZnO NW superlattice and quantum w ell w ith differ ent str uctures and its applicatio ns in quantum spin devices.Key words:znic ox ide nanow ire (ZnO NW);nanodevice;optoelectro nic device;pressur e -sens-i tive device;g as -sensitive dev ice EEACC :2560;2520E0 引 言氧化锌是一种新型的Ò-Ö族直接带隙半导体材料,室温下禁带宽度为3.37eV,发射波长和GaN 一样处于紫外波段。
微波合成纳米氧化锌及其应用研究进展
特点 。
米氧化锌最佳的反应温度都要 比普通方法低 ， 而且
反 应 时问也 减少 凹 （ 见表 １ ） 。与 常规 方 法 相 比 ， 微 波反应 制 备 的纳 米 氧化 锌 无 需 模板 、 表 面 活性 剂
域 的应用 进展 情况 。
１ 微 波技 术在 合成 纳米 氧化 锌过 程 中的应 用
合 物空 间位 阻作用 ， 粒 子在 快速 聚集 时分 散堆 积 ， 从 而产生 交叠 和错 位 ， 进 而形 成 了孔 隙结构 。 晶体 生 长 时 的液 相结 构 和 界 面结 构 非 常 相 近 ， 晶体生 长 主要 是 液 相 中 的不 饱 和 配 位 原 子 （ 离子 ） 转 换 到 固液 生长 界 面的位错 位 置 ， 熔化 、 溶 解 主要是 晶体表 面 的不 饱 和 配 位 原 子 （ 离子） 转 换 到 液 相 结
构， 使配 位结 构 达 到更 饱 和 的过 程 。随 着 液 相 过饱
１ ． １ 微 波法制 备 纳米氧 化锌 的 晶体生 长机理
和度 的增 大 ， 液相 结构 单元 的原 子数 越来越 多 ， 吸 附
水热法 晶体的生长过程一般要经过 ３个阶段 ， 即介质过饱和 、 晶体成核和晶体成长。提 出的理论
氧化锌纳米棒研究进展汇总
氧化锌纳米棒研究进展**孔祥荣*, 邱晨, 刘强, 刘琳, 郑文君（南开大学化学学院材料系，天津，300071）Kxr0918@摘要：氧化锌纳米棒由于具有新奇的物理化学性质而成为研究的热点，本文就近年来氧化锌纳米棒在制备方法和反应机理及应用研究等方面予以综述。
关键词：氧化锌; 纳米棒; 制备; 反应机理1 引言近年来，低维纳米结构的半导体材料引起了广泛的关注，尤其是一维(1-D纳米材料在维数和大小物理性质的基础研究中有潜在的优势，同时在光电纳米器件和功能材料中的应用研究成为热点。
氧化锌由于在室温下较大的导带宽度和较高的电子激发结合能(60meV 及光增益系数(300 cm 而使之具有独特的催化、电学、光电学、光化学性质，在太阳能电池、表面声波和压电材料、场发射、纳米激光、波导、紫外光探测器、光学开关、逻辑电路[5，6][1]-1[2][3][4] 等领域潜在的应用等方面均具有广泛的应用前景。
本文就氧化锌纳米棒及其阵列的制备、反应机理、应用研究等进行简要的综述。
2 氧化锌纳米棒的制备2.1 超声波法和微波法刘秀兰等在低温反应条件下（冰水浴）,通过超声的方法,采用醋酸锌和水合肼为原料，[7]以DBS 作为表面活性剂,制备了ZnO 纳米棒,截面为六方型,直径100nm ,长度1μm。
研究表明：与其它制备方法相比,低温与超声技术可以更为方便获得分布均一、长径比较小的ZnO 纳米棒。
Hu等分别用超声和微波辐射两种方法得到了交联（二聚体，三聚体(T形，四聚体（X[8]形））的ZnO纳米棒。
超声辐射法和微波辐射法具有一个共同的特点，反应速度快，设备要求简单。
2.2 水热法Liu 等用六水合硝酸锌和氢氧化钠为原料配成溶液，180 ℃水热处理20h 得到晶化程度[9]很高的直径的为50 nm的高长径比的氧化锌纳米棒。
Vayssieres [10]用硝酸锌盐和等摩尔的六次甲基四胺在水热条件下95 ℃几小时就可以在底物上得到了直径100～200 nm ,长度为10 μm 氧化锌纳米棒及其阵列。
水溶液的化学方法生长zno纳米棒的研究
水溶液的化学方法生长zno纳米棒的研究近年来，纳米科学的飞速发展使纳米材料的应用越来越广泛，同时也有越来越多的潜在应用。
其中，ZnO纳米棒是一种具有广泛应用前景的重要材料，它具有良好的热稳定性，可用于大量工程。
研究团队不断地发展出新的合成方法来形成ZnO纳米棒，以期获得更好的性能。
水溶液的化学方法是目前最常用的一种合成ZnO纳米棒的方法，其主要原理是在水溶液中添加氧化锌，然后进行反应，最终形成纳米棒状材料。
研究发现，在此过程中，不同的调节参数有助于形成更大更致密的纳米结构。
首先，氧化锌溶液的浓度和反应温度是影响纳米棒生长过程的两个关键参数。
实验结果表明，随着溶液浓度的增加，纳米棒的平均直径也会增加，但当浓度超过一定的值时，纳米棒的形成会越发困难。
当反应温度降低时，纳米棒的生长速度减慢。
但反应温度太低也不利于纳米棒的形成。
因此，选择适当的反应温度和溶液浓度是调控ZnO 纳米棒生长过程的重要因素。
其次，还可以通过添加添加剂来控制ZnO纳米棒的形成。
若添加添加剂，如NH4Cl，可以增加纳米棒的表面能量，从而有助于ZnO纳米棒的形成和生长。
此外，添加乙醇可以降低沉积物的粒度，增加结晶大小，从而获得更细致的结构，可以获得特定的表面属性。
最后，在控制ZnO纳米棒生长过程中，超声波可以起到重要作用。
研究发现，超声波可以改变溶液的表面能量，从而增加ZnO纳米棒的形成速度。
另外，它还可以促进ZnO溶质的分散，以及增加结晶大小，有助于获得更细小的结构。
综上所述，水溶液的化学方法能够有效地合成ZnO纳米棒，该方法可以根据实验需要调控反应的条件，以便获得符合要求的结构。
此外，添加添加剂和超声波处理也可以改善ZnO纳米棒的性能。
因此，本研究对于理解ZnO纳米棒的生长机理具有重要的指导意义，也可以为未来的相关研究奠定坚实的基础。
氧化锌纳米材料的制备及应用研究进展
《福建师范大学福清分校学报》ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＦＵＱＩＮＧＢＲＡＮＣＨＯＦＦＵＪＩＡＮＮＯＲＭＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ2009年第2期总第91期Sum No.91收稿日期：2008-12-20作者简介：吕玮（1978-），女，福建南安人，硕士，讲师；谢珍珍（1986-），女，福建安溪人，高分子化学专业在读本科生。
基金项目：福建省教委科技计划（JB07060）、福建师范大学本科生课外科技计划（BKL 2008-204）摘要：纳米材料被誉为是“21世纪最有前途的材料”，目前，已成为当今许多科学工作者研究的热点，而氧化锌纳米材料的许多优异性能使其成为重要的研究对象并得到广泛的应用。
本文综述了近年来合成氧化锌纳米材料的一些新方法，比较了各种方法的优缺点；简单介绍了氧化锌纳米材料的性质及其可能的应用领域，并对氧化锌纳米材料的发展前景进行了展望。
关键词：纳米材料；氧化锌；制备；研究进展中图分类号：TQ426.6文献标识码：A 文章编号：1008-3421（2009）02-0001-061前言纳米Zn0是一种新型高功能精细无机产品，与普通ZnO 相比，因其特有的表面效应、体积效应、量子效应和介电限域效应等[1]，在催化、光学、磁性和力学等方面展现出许多特异功能，特别是它的防紫外辐射及其在紫外区对有机物的催化降解作用，使其在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等很多领域具有重要的应用[2-11]。
ZnO 有纳米管(nanotube)、纳米棒(nanorod)、纳米丝和纳米同轴电缆、纳米带(nanobeh)、纳米环(nanoring)、纳米笼(nanocage)、纳米螺旋(nanohelice)及其超晶格结构等多种纳米形态，是纳米材料家族中结构最多样的成员之一。
本文系统评述了近年来氧化锌纳米材料制备的一些新方法，比较了各种方法的优缺点；介绍了氧化锌纳米材料的性质及其可能的应用领域，并对氧化锌纳米材料的发展前景进行了展望。
实验7 微波法制备氧化锌纳米棒实验
实验七微波法制备氧化锌纳米棒实验一、实验目的1、了解微波法的基本原理。
2、掌握用微波法制备ZnO纳米棒的方法。
二、实验原理微波是一种频率在300MHz-300GHz之间的超高频电磁波。
氧化锌是具有纤锌矿晶体结构的直接宽带隙半导体材料。
在对Zn2+溶液进行微波辐照时，反应物分子获得的能量可以快速达到系统热力学结晶的能量要求，大大提高溶液中ZnO 晶核的生成速率，进而快速的聚集成核，生成ZnO单晶。
在反应体系中首先矿化剂CO32+发生水解析出OH一构晶离子，OH一与氯化锌发生均相沉淀反应生成Zn(OH)42-：络合物；然后Zn(OH)42-：发生分解快速成核、一维生长得到ZnO纳米棒。
反应过程可用方程式描述如下：CO32-+H20→HCO3-+ OH- (1)Zn2++40H-→Zn(OH)42+ (2)Zn(OH)42+→ZnO+H20+20H- (3)根据以上的实验原理实施实验过程制备ZnO纳米棒。
三、原料及设备仪器1、原料：氯化锌（ZnCl2, 分析纯），碳酸钠(Na2CO3, 分析纯)，无水乙醇(CH3CH20H,分析纯)，蒸馏水2、设备仪器：普通家用微波炉(输出功率800 W，微波频率2450 MHz)，真空干燥箱, 瓷坩埚。
四、实验步骤在60 mL瓷坩埚（或500mL的烧杯）中加入氯化锌150 mg，蒸馏水50 mL，碳酸钠10g，搅拌均匀，用盖子盖好后置入家用微波炉中，低火加热10 min。
自然冷却，抽滤，滤饼依次用无水乙醇、蒸馏水各洗涤3次，置于60℃真空干燥箱中干燥4 h得白色粉末ZnO纳米棒。
五、思考题1、微波法合成材料具有哪些优点？2、氧化锌纳米棒有哪些用途？六、实验报告要求实验报告按照学校统一模板书写，包括下列内容：1、实验名称、目的和实验步骤。
2、解答思考题。
氧化锌纳米棒的水热合成及其光催化性能
２１ ０ ２年 ９月
化
学 研
究
中 国科 技 核 心 期 刊
ｈ ｙ＠ ｈ ｎ ． ｄ ． ｎ ｘｊ ｅ ｕ ｅｕ ｃ
ＣＨ ＥＭ Ｉ ＣＡ Ｌ ＲＥＳＥＡＲＣ Ｈ
氧 化锌 纳 米棒 的水 热合 成及 其光催 化 性 能
谢志强 陈拥军 ，
（ 西 大 学 化学 与 化 工 学 院 ， 西 南 宁 ５ ０ ０ ） 广 广 ３ ０ ４
ｇ・ 时 ， ３ ０Ｗ 紫 外 灯 照 射 １ ０ ｍｉ ， Ｌ 以 ０ ５ ｎ 甲基 橙 的降 解 率 可 达 ９ ． Ｏ 关 键 词 ： ｎ 纳 米 棒 ； 热 法 ； 成 ； 催 化 性 能 ＺＯ 水 合 光
中 图 分 类 号 ： ６ ４２ Ｏ １ ． ４ 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ８ ０ １２ １ ）５ ０ ２ ０ １ ０ 一１ １ （ ０ ２ ０ —０ ５ ５
箜 塑
法
谢志强等： 氧化锌纳米棒的水热合成及其光催化性能
５ ３
等 ．其 中水 热法 与其 他 方法 相 比较 ， 作方 法 简便 ， 操 反应 条件 温和 ， 产物 结 晶度好 ， 制备一 维 Ｚ Ｏ 的 是 ｎ 般 水 热法 制 备 Ｚ Ｏ 纳米 棒 ， 用锌 源 多 数为 锌 盐 ， 醋酸 锌 、 酸锌 等 ， 制 备过 程 中通 常加 入 ｎ 所 如 硝 在
一
维 纳米 Ｚ Ｏ材 料在 传感 、 ｎ 光学 、 场发 射 、 源 、 化等 领 域 显示 出 了 良好 的应 用 前 景． 目前 有 多 种 方 能 催
法可 以用来 制备 Ｚ Ｏ 纳米 材 料 ， 些 方 法包 括 溶 胶 凝胶 法 Ⅲ 、 ｎ 这 模板 法 、 化学 气 相 沉 积 法 （ ＶＤ）。及 水 热 Ｃ Ｅ
纳米氧化锌制备方法研究进展
长出形貌均匀 、分散性好 、粒径分布集中的 ZnO 纳米晶体 ,而且纯度高 、化学性质稳定 。
1. 2 均匀沉淀法
均匀沉淀法常用沉淀剂有 :尿素 、六亚甲基四胺 。均匀沉淀法是利用化学反应使溶液中的构晶离子
由溶液中缓慢均匀地释放出来 。从理论上讲 ,均匀沉淀法优于直接沉淀法制备纳米氧化锌 。以尿素为 例 ,其制备反应如下 [ 10 ] :
下面简要介绍用微乳液法制备纳米氧化锌 (图 1) 。
颜肖慈等 [19 ] ,以醋酸锌晶体 、氢氧化钠 、十二烷基苯磺酸钠 、无水乙醇 、甲苯 、3次蒸馏水为原料 ,制得
球形纳米氧化锌粒子 ,其粒度分布均匀 ,平均粒径约为 10 nm 左右 ,但此方法制备的纳米氧化锌团聚现象
较为严重 。冯洁等 [20 ]以硝酸锌 、碳酸钠为原料 ,阴离子表面活性剂为乳化剂 ,有机溶剂为分散剂采用乳化
中国科学院陈建刚等 [ 11 ]用硝酸锌或醋酸锌分别与六亚甲基四胺 ,以等浓度 0. 005 mol/L 配制成两种 反应溶液 ,通过化学溶液法在玻璃衬底上生长出长为 5～8μm ,直径为 300～700 nm 的 ZnO 六角形亚微米 棒 。洪若瑜等 [ 12 ]采用连续微波国徽 ,以硫酸锌和尿素为原料 ,制备了粒径为 8～30 nm 的纳米 ZnO。
( 1) 尿素的水解 : CO (NH2 ) 2 + 3H2 O = 2NH3 H2 O + CO2 。 ( 2) OH - 的生成 : NH3 ·H2 O =NH4+ +OH - 。 ( 3) CO23 - 的生成 : CO (NH2 ) 2 =NH4+ + CO23 - 。 ( 4) 形成中间产物碱式碳酸锌 : 3Zn2 + + CO23 - + 4OH - + H2 O = ZnCO3 ·2Zn (OH ) 2 H2 O。 ( 5) 灼烧得产物纳米氧化锌 : ZnCO3 ·2Zn (OH ) 2 H2O = 3ZnO + 3H2 O + CO2 。 其工艺流程如下 : 硝酸锌 ———溶解 ———加压反应 ———分离 、洗涤 ———煅烧 ———干燥 ———纳米氧化锌
ZnO纳米棒的制备及其气敏性研究现状
作成 气体传 感器， 可以提 高气敏传 感器 的灵敏 度和 响应速度 ， 降低 工作 温度。综述 了近年 来 Ｚ Ｏ 纳米棒 的制备 方 ｎ
法 ， 望 了其 在 气敏 性 方 面 的应 用前 景 。 展
关键 词 Ｚ Ｏ纳米棒 ｎ 制备 气敏性
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｓ ａ ｕ ｎ Ｐｒ ｐ ｒ ｔｏ ｎ ｓ Ｓ ｎ ｉｉ ｉｙ ｏ Ｏ ｎ ｒ ｄ ｓ ａ ｃ ｔ ｔ ｓ ｉ ｅ ａ ａ ｉ ｎ ａ ｄ Ｇａ ｅ ｓ ｔｖ ｔ ｆＺｎ Ｎａ ｏ ｏ ｓ
与材料 制备 的一 种有 效方法 。在水 热法 中， 由于水 处于 高温
高压状态， 在反应中具有传媒剂作用； 另一方面， 高压下绝大
多数反 应物均 能完全 （ 或部 分） 溶解 于水 ， 而加 快 反应 的进 从 行。
敏传感 器已被广 泛应 用 于家 庭 中常用 的煤 气 、 化 石 油气 、 液 天然气 以及 矿井 中的瓦斯 气体 的检测 和报 警 ， 并取 得 了很 大 的成就 ， 因此 ， 气敏传 感器 作为一 种气 体检 测工 具 ， 年来 成 近
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ Ｚ Ｏ ａ ｏ ｏ ｓ ｒ ｐ ｒ ｔ ｎ ａ ｅ ｓｔ ｉ ｎ ｎ ｎ ｒ ｄ ，ｐ ｅ ａ ａ ｉ ，ｇ ｓ ｓ ｎ ｉ ｖ ｔ ｏ ｉ ｙ
随着科 学技 术 的发 展 ， 可 燃 性 气 体 及 毒 性 气 体 的检 对 测 、 控 、 警 的检测 吸 引广 大 材 料研 究 者 广 泛 的兴 趣 。气 监 报
Ａｂ ｒ ｃ ｓａ ｔ Ｚ Ｏ ｓ ａ ｍｕ ｔ ｌ ｕ ｃ ｉ ｎ ａ ｄ ｍｅａ ｘ ｄ ｓ ｓ ｍｉｏ ｄ ｃ ｏ ｔｒａ ｓ Ｂｅ ａ ｓ Ｏ ａ ｏ ｏ ｓ ｈ ｖ ｎ ｉ ｌ ｐ ｅ ｆ ｎ ｔ ｎ ｔｌｏ ｉｅ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒ ｍａ ｅ ｉｌ． ｉ ｏ ｃ ｕ ｅ Ｚｎ ｎ ｎ ｒ ｄ ａ ｅ
氧化锌纳米棒光催化降解染料废水的研究
Ｓ ＨＡＮ Ｇ ｉ Ｓ Ｆｅ ， ＨＩＺｈｕ ｎ ａ ｇ， ＤＵ ｉ— ｌ ｇ， Ｔ Ｈｕ ｉ ｎ ＡＮ Ｇ ｉ— ｄ ｎ Ｌ ａ
（ ｃ ｏｌ ｆ ｈｍｉ ｌ ｎ ｎ ｉ ｎ ｅｔｌ ｎｉｅｒ ｇ ｉ ｎ ｇＵ ｉ ｒｉ Ｓｈ ｏ ｏ ｅ ｃ ｄＥ ｖ ｏ ｍ ｎ ｇ ｅｉ ，Ｌａ ｉ ｎ ｅｓｙ Ｃ ａａ ｒ ａＥ ｎ ｎ ｏｎ ｖ ｔ ｏ ｅ ｈ ｏ ｇ ，Ｌａｎｎ ｎｈ ｕ１ １０ ，Ｃ ｉａ ｆ ｃ ｎｌ ｙ ｉ ｉｇＪ ｚｏ ２ ０ １ ｈｎ ） Ｔ ｏ ｏ ｉ
料 在 生 产 和 处 理 过 程 中 ，有 １％ 的 染 料 以废 水 形 式 排 出 ＿ 。染 ２ ２ Ｊ
２ ０ｍ １ Ｌ去离子水 配 制的 清洗 液 中，置 于超声 波 清洗 器 中清洗 ５ｍｎ ｉ，温度 为 ７ ８ ５～ ５℃ ，取 出用 去离 子水 漂洗后 ，真空 干燥 ４ｈ 。 （ ） Ｚ Ｏ 膜 的 制 备 ： 以 乙 酸 锌 （ ． ｏ／ ） 和 乙 醇 胺 ２ ｎ ０５ ｍ ＬＬ
Ａｂｓｒ ｔ ｔ ａｃ ：Ｚｎ ｎ ｎｏ ｏ ｒａ ｓ ｗｅ ｅ ｐｒ ｐ ｒ ｄ ｂ ｈ ｙ ｒ ｔ ｅ ｍＭ ｙ ｔ ｅ ｉ． Ｓ Ｏ ａ ｒ ｄ ａ ｒ ｙ ｒ ｅ ａ ｅ ｙ ｔ ｅ ｈ ｄ ｏｈ ｒ ｓ ｎ ｈ ｓｓ ＥＭ ｍａ ｅ ｒ ｅ ｏ ｏ ｓ ｒ ｅ ｔ ｅ ｉ ｇ ｓｗｅ ｅ ｕｓ ｄ ｔ ｂ ｅ ｖ ｈ ｍｏ ｐ ｏ ｏ ｉｓ ｏ Ｏ ａ ｏ ｏ ｒａ ｓ ｒ ｈ ｌｇ ｅ ｆＺｎ ｎ ｎ ｒ ｄ ａｒ ｙ ．Ｔｈ ｈ ｓ ｔｕ ｔ ｒ ｓ ｏ Ｏ ａ ｏ ｏ ｒａ ｓ ｗｅ ｅ ｃ ａ ａ ｔｒｚ ｄ ｂ ａ ｓ ｏ ｅ ｐ ａ ｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｆＺｎ ｎ ｎ ｒ ｄ ａ ｙ ｒ ｈ ｒ ｃｅ ｅ ｙ ｍｅ ｎ ｆＸＲＤ． ｉ
高性能氧化锌纳米线阵列的研究及应用
（下转第27页）高性能氧化锌纳米线阵列的研究及应用张聪1，温强2（1.国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州130000；2.苏州世华新材料科技股份有限公司，江苏苏州130000）摘要：ZnO 纳米线阵列结构表现出比块体材料更好的发光性能、导电性能和光电性能等，从2001年后受到研究人员的广泛关注，不同的产品形貌会带来不同的产品性能，为了追求产品形貌多样化和产品性能上的提高，研究人员做了多方面工作，文章就ZnO 纳米线阵列的形貌调整方法以及掺杂与改性及其应用，简要概述了近几年ZnO 纳米线阵列的技术发展。
关键词：氧化锌；纳米线阵列；形貌；掺杂作者简介：张聪（1987-），女，吉林人，研究方向：金属化合物的制备。
Metallurgy and materialsZnO 纳米线阵列结构是2001年由Huang 课题组首次合成，发展至今十余年，研究人员们开发研究了如水热合成法、化学气相沉积法、模板限制辅助生长法、金属有机气相外延生长法等多种合成方法。
氧化锌的形貌和元素的掺杂会对产品的性能产生影响，进一步影响其应用，因此也是研究人员重点研究的方向。
1形貌调整氧化锌纳米线阵列中的氧化锌多为棒状形貌，但为了追求更大的氧化锌比表面，很多研究者也试图对氧化锌的形貌进行调整，如金字塔形、树枝形等。
天津大学靳正国等在水溶液中二次生长工艺制备得到了优取向垂直基片生长的ZnO 棒状晶阵列薄膜表面绒毛状棒晶（CN1995481A ）。
天津大学杜希文等在氧化锌纳米线的基础（CN101456579A ），利用纯化学刻蚀工艺合成ZnO 纳米管阵列，不需要电化学辅助及模板，具体的腐蚀步骤是将生长有ZnO 纳米线的基底转入装有碱的密闭水热反应器中。
浙江大学朱丽萍等以氟化钠、氟化钾或氟化铵为化学结合剂，与锌盐直接结合，在衬底上直接成核，无需晶种，制备了菱形氧化锌纳米线阵列（CN103288122A ）。
东南大学余新泉等人在水浴加热条件下将导电玻璃涂有晶种的面朝下悬空倒扣与氧化锌阵列的生长液上，制备得到了氧化锌纳米锥阵列（CN103523818A ）。
氧化锌纳米棒阵列的控制生长及其光学性能研究的开题报告
氧化锌纳米棒阵列的控制生长及其光学性能研究的开题报告题目：氧化锌纳米棒阵列的控制生长及其光学性能研究研究背景和意义：氧化锌（ZnO）是一种广泛应用于半导体器件、光学器件等领域的重要材料。
近年来，氧化锌纳米棒阵列引起了人们的广泛关注，因为它具有优异的光学性能和潜在的应用价值。
氧化锌纳米棒阵列的性能主要受到其结构、尺寸和排列方式等因素的影响。
因此，控制氧化锌纳米棒阵列的生长和结构具有重要的理论和应用价值。
研究内容和方法：本研究的主要内容是探究氧化锌纳米棒阵列的控制生长和光学性能。
具体研究内容包括：1. 探究不同生长条件下氧化锌纳米棒的生长规律和微观结构特征。
2. 研究氧化锌纳米棒阵列的光学性能，包括吸收、发射和传输等方面。
3. 通过控制生长条件优化氧化锌纳米棒阵列的光学性能。
研究方法包括化学合成法、物理气相沉积法、扫描电子显微镜、原子力显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪等材料表征技术以及光谱分析仪等光学测试仪器。
研究意义和创新性：本研究的意义在于探究氧化锌纳米棒阵列的控制生长和光学性能，为氧化锌纳米棒阵列的应用提供理论和实验基础。
本研究的创新性在于结合化学合成法和物理气相沉积法实现氧化锌纳米棒阵列的控制生长，并对其光学性能进行深入研究，具有一定的实用性和应用前景。
研究的预期目标和成果：本研究的预期目标是实现氧化锌纳米棒阵列的控制生长，并探究其光学性能的规律和特点。
预期成果包括：1. 建立有效的氧化锌纳米棒阵列控制生长方法和优化光学性能的策略。
2. 揭示氧化锌纳米棒阵列的光学性能、尺寸效应和排列方式对性能的影响规律。
3. 探索氧化锌纳米棒阵列在光学器件等领域的应用前景和潜力。
时间计划和进度安排：本研究计划在3年内完成，具体时间计划和进度安排如下：第一年：熟悉实验方法，探究氧化锌纳米棒阵列的基本性质和生长机制。
第二年：系统研究氧化锌纳米棒阵列的光学性能，并探索优化光学性能的方法。
第三年：进一步探究氧化锌纳米棒阵列在光电器件和传感器等领域的应用前景和潜力。
氧化锌纳米棒的研究进展
氧化锌纳米棒的研究进展
孔祥荣;刘琳;邱晨;刘强;郑文君
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2009(023)005
【摘要】氧化锌具有良好的化学惰性和生物兼容性,也是目前同时具有压电性质和半导体性质的唯一材料.氧化锌纳米棒及其阵列由于具有新奇的物理和化学性质而成为目前研究的热点之一.综述了近年来氧化锌纳米棒的制备方法、合成机理及应用研究等,展望了其广阔的应用前景.
【总页数】5页(P105-108,113)
【作者】孔祥荣;刘琳;邱晨;刘强;郑文君
【作者单位】中新国际纳米技术工程研究中心,北京化工大学纳米材料先进制备技术与应用科学教育部重点实验室,北京,100029;南开大学化学学院材料系,天
津,300071;南开大学化学学院材料系,天津,300071;南开大学化学学院材料系,天津,300071;南开大学化学学院材料系,天津,300071
【正文语种】中文
【中图分类】TB381
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氧化锌纳米棒研究进展**孔祥荣*, 邱晨, 刘强, 刘琳, 郑文君（南开大学化学学院材料系，天津，300071）Kxr0918@摘要：氧化锌纳米棒由于具有新奇的物理化学性质而成为研究的热点，本文就近年来氧化锌纳米棒在制备方法和反应机理及应用研究等方面予以综述。
关键词：氧化锌; 纳米棒; 制备; 反应机理1 引言近年来，低维纳米结构的半导体材料引起了广泛的关注，尤其是一维(1-D纳米材料在维数和大小物理性质的基础研究中有潜在的优势，同时在光电纳米器件和功能材料中的应用研究成为热点。
氧化锌由于在室温下较大的导带宽度和较高的电子激发结合能(60meV 及光增益系数(300 cm 而使之具有独特的催化、电学、光电学、光化学性质，在太阳能电池、表面声波和压电材料、场发射、纳米激光、波导、紫外光探测器、光学开关、逻辑电路[5，6][1]-1[2][3][4] 等领域潜在的应用等方面均具有广泛的应用前景。
本文就氧化锌纳米棒及其阵列的制备、反应机理、应用研究等进行简要的综述。
2 氧化锌纳米棒的制备2.1 超声波法和微波法刘秀兰等在低温反应条件下（冰水浴）,通过超声的方法,采用醋酸锌和水合肼为原料，[7]以DBS 作为表面活性剂,制备了ZnO 纳米棒,截面为六方型,直径100nm ,长度1μm。
研究表明：与其它制备方法相比,低温与超声技术可以更为方便获得分布均一、长径比较小的ZnO 纳米棒。
Hu等分别用超声和微波辐射两种方法得到了交联（二聚体，三聚体(T形，四聚体（X[8]形））的ZnO纳米棒。
超声辐射法和微波辐射法具有一个共同的特点，反应速度快，设备要求简单。
2.2 水热法Liu 等用六水合硝酸锌和氢氧化钠为原料配成溶液，180 ℃水热处理20h 得到晶化程度[9]很高的直径的为50 nm的高长径比的氧化锌纳米棒。
Vayssieres [10]用硝酸锌盐和等摩尔的六次甲基四胺在水热条件下95 ℃几小时就可以在底物上得到了直径100～200 nm ,长度为10 μm 氧化锌纳米棒及其阵列。
Wang 等[11]报道用Zn 作为底物同时作为反应物水热条件下得到了形貌可控的ZnO 纳米棒。
陶新永等[12]采用PEG 辅助水热法合成了ZnO 纳米棒。
研究发现,氢[13]氧化钠浓度和反应时间对产物形貌和尺寸有较大的影响。
Tang 等用H 2O 2、NaOH 和Zn 箔为[14]原料辅助的水热法来合成具有良好光学性质的ZnO 纳米棒阵列。
Wu 等用溴化十六烷三甲基铵(CTAB 表面活性剂作导向剂在水热条件下，通过粒径几十纳米的纳米晶自组装得到了ZnO 单晶纳米棒。
Guo 等[15]用氧化铟锡（ITO ）底物上用简单的水热法通过改变温度成功的[16]合成了粒径长度可控的分布较窄的高趋向的ZnO 纳米棒阵列。
郭敏等采用廉价低温的水热法, 在基底上制备高质量、高取向统一、平均直径小于50 nm 并且直径分布很窄的ZnO 纳米棒阵列薄膜。
2.3 化学溶液沉积法Zhang 等[17]用甲酰胺和水的混合溶液中锌金属为底物低温下自发氧化锌得到了低成本的大面积的ZnO 纳米棒阵列。
这种一步合成的湿法化学方法表现出对纳米棒的生长方向的控制以及得到高致密的ZnO 纳米阵列且大小可调。
这种化学液相沉积法类似于广泛应用的化学气相沉积法，可以在近室温的条件下通过在溶液中不断生成传输分解锌的化合物来实现。
罗志强等[18] 在由溶胶凝胶法制备的纳米ZnO 薄膜基底上, 采用化学溶液沉积法制备了单分散、高度取向的ZnO 纳米棒阵列膜。
通过控制纳米ZnO 薄膜的制备工艺, 可以调节氧化锌纳米棒的直径.说明该方法制备的ZnO 纳米棒晶体结构完整, 晶体中氧空位的浓度很低。
赵娟等[19]采用化学沉积法, 在ZnO 晶种面上研究了纳米棒于70 ℃过饱和硝酸锌/氢氧化钠溶液中的定向生长。
采用NaOH 做反应剂, 不仅简化了反映体系, 而且比使用铵盐的pH 弱酸性环境, 强碱性的溶液更有利于ZnO 棒晶的生长。
陈利娟等[20]在常压170 ℃时的离子液体中分解Zn(OH2 ,合成了由离子液体修饰的直径为25 nm、长度为150 nm 的ZnO 纳米棒。
2.4 气相沉积法艾仕云[21]采用气相沉积法在氩气和氧气的混合气氛中，900 ℃加热2 min，得到直径为[22]20～30 nm、长径比为20的氧化锌纳米棒，该样品对紫外光有很强的吸收作用。
张旭东等用锌粉和氧化锌为原料，高温热蒸发方法制备具有良好晶体结构和规则外形的ZnO纳米棒, 直径约几十纳米，长度为1～5 µm。
2.5 晶种诱导法Li 等[23]报道了一种在硅晶片以及聚邻苯二甲酸乙烯和蓝宝石底物上合成形貌可控的 ZnO 纳米棒和纳米管。
原子层沉积(ALD 方法首次引入来在底物上生长一层均匀的ZnO 薄膜，来充当模板晶种层，继而生长出纳米棒和纳米管。
研究结果表明：纳米棒的直径与反应物浓度，反应温度和溶液的pH 有关。
纳米棒的长度与生长时间以及反应物浓度有关。
Yang 等用比较简单的方法，用ZnO 纳米粒子在硅底物上生长成大量的ZnO 纳米棒，这表明可以利用在底物生长来控制一维ZnO 纳米棒的生长。
Zhou 等[24]采用了类似的方法，产率粒径和长度的问题没有解决。
Zhang 等[25]报道一种晶种诱导的低温合成方法，合成路线有以下几个重要特征：（1）ZnO 晶种和Zn 前躯体的摩尔比决定了ZnO 纳米棒的长度;（2）近中性的二乙撑三胺和二水合硝酸锌在化学反应前不溶解晶种;（3）类似聚乙烯醇(PVA 分散剂可以充当空间位阻作用，来控制ZnO 纳米棒的长度。
2.6 纳米颗粒自组装法Pacholski 及其合作者[26]通过预先合成类球形的ZnO 纳米粒子，自组装来构筑ZnO 纳米棒，研究者指出有机配体可以阻止晶面的进一步亲密接触，同时互相接触的粒子的晶面合适的对接会导致晶格自由能的增加，也会使缩聚自由能的增加，从而有利于形成导向性很强的纳米棒。
前躯体浓度醋酸锌在0.01M 得到类球形的纳米粒子，而浓度在0.1M 以上才可以形成纳米棒。
这种非常有效的方法通过ZnO 纳米粒子导向生长机理自组装合成了小粒径的ZnO 纳米棒，这为化学法低于100℃条件下无模板剂或者催化剂的情况下用化学法合成ZnO纳米棒提供了可能。
然而这种方法很难在短时间内合成大量的形貌均一的ZnO 棒，产量较低。
2.7 分子束外延自组装法Choopuna 课题组[27]在氩气氛围中用氧化锌作为锌源通过激光分子束沉积的方法自组装得到了氧化锌纳米棒，研究结果表明氧化锌纳米棒的成核和过饱和气溶液同时形成，这样可以通过控制激光的功率在3-D 尺度上控制成核的生长参数。
令人奇怪的是在氧气的氛围里没有得到氧化锌纳米棒。
在合成过程中没有金属催化剂，整个生长过程受到气-固控制。
3 反应机理研究3.1 化学气相沉积法(CVD 机理艾仕云等[22]和张旭东等[23]对ZnO 纳米棒的生长提出一个可能的解释，它包括Zn的气化, Zn (S→Zn (g（1）气态的Zn 沸点为907 ℃，在实验温度下，立即与O 2反应生成氧化锌Zn (g+O 2→ZnO （2）由反应(2生成的ZnO 在衬底上凝结成高密度的纳米级ZnO 晶核, 后续生成的ZnO 原子到达衬底以后,优先在先前形成的ZnO 晶核上发生定向粘附并且晶化,沿ZnO 晶体C轴方向生长，最终形成纳米棒。
Cong 等[28]认为存在另外一种生长机理，首先高密度的晶核在蓝宝石(0001方向上生成，在最初的15 min内，有趋向的纳米棒已经形成。
接着，主要在c轴方向上生长，因为(0001晶面表面自由能比较大。
如果说晶核的密度足够大，在15 min以后纳米棒将可能在横断面聚集，结果会在ZnO 纳米棒的根部会形成膜尽管ZnO 在横截面的生长速度比较慢。
这种一步生长的模式为构筑纳米棒阵列光发射器件提供了可能，因为底层的ZnO 纳米膜可以掺杂构造不同类型的半导体有助于形成电极。
可以做发光的二极管膜。
Zhang 等[29] ZnO 纳米棒阵列在玻璃底物上得到，XRD 衍射表明：大多数纳米棒阵列具有纤维锌矿的结构，而且优先在[001]方向上生长。
在一些纳米棒的(001界面上观察到最初的成核以及随后的晶核继续增长，揭示了纳米棒的生长过程，中间(Stranski-Krastanov 生长模式(层状－岛状中间生长模式（S-K 模式）。
3.2 溶液法生长机理Hu 等以等摩尔的六水合硝酸锌和六次甲基四胺为原料，分别用超声和微波辐射两种方[8]法得到了交联（二聚体，三聚体(T形，四聚体（X形））的ZnO 纳米棒。
研究了提出了可能的反应机理为（1）成核阶段，由于六次甲基四胺分解而产生的水和氨气进而生成OH ，ZnO −晶核迅速形成，（2）晶体生长阶段，原位生成的ZnO 优先沿[0 0 0 1]方向生长，从而形成ZnO 单晶棒，（3）交联阶段新生成的ZnO 纳米棒在{0 0 0 1}晶面交联，形成单个的两脚的纳米棒。
ZnO [001]方向明显的择优取向生长是与其存在的C 6v 对称的（100）非极性面，在(001极性氧基面和OH 配体的锌四面体(001极性顶面的结构特征密切相关。
其中低对称性的非极性面(100表面能低,而两个[001]方向的极性面处于高能亚稳态, 从而强化了晶体的择优取向生长。
Vayssieres[10]讨论了水溶液中ZnO 纳米棒在基底上的成核与生长, 认为控制极性生长面的界面张力是控制晶体生长形状与取向的关键。
实际上, 多种因素影响界面张力, 例如外延面的晶体取向和缺陷等。
3.3 晶体诱导法机理用一种简单的合成纳米材料且有能力控制它们的大小和位置的方法对于构筑纳米器件是极其重要的。
Tak 等[30]采用新型的氨水溶液法在硅的底物生长ZnO 纳米棒阵列，为了ZnO 纳米棒的生长，预先在硅的表面通过热蒸发的方法沉积锌膜作为晶种。
锌晶种表面的形态、pH 、生长温度、锌盐溶液的浓度决定了纳米棒的形态如纳米棒的平均粒径和长度。
通过结合常用的光刻蚀法，可以有选择的在有图案的硅底物上生成ZnO 纳米棒阵列，具体如图下1、图 2所示。
通常晶体膜的平整程度会影响纳米棒的大小，而且对纳米棒有定位功能，这是由于氧化锌薄膜表面带有正电荷或者负电荷，它的表面会吸引异种电荷OH 或者Zn ,接着会吸引Zn 或者OH ，这样就可以形成 ZnO 纳米棒，氧化锌纳米棒沿着(0001方向生长，这―2＋2＋―可能是因为ZnO 在这个方向上有偶极运动，这种偶极运动使得在带电荷的ZnO 薄膜上自发调整来降低能量。
而且这种粗糙的表面位点可以作为氧化锌纳米棒的生长成核位点。
Figure1: Growth Mechanism of ZnO Nanorods. [30]图 1 ZnO纳米棒生长机理[30]Figure 2: Schematic Diagram of Selective Growth Process. [30]图 2 ZnO 选择性生长示意图[30]3.4 自组装的机理Koh 等[31] 通过在包覆铝的底物上碱性水热条件得到了一种六角型的，能非常有效的提高ZnO纳米棒的自组装类水滑石状的[Zn (II(1-xAl (III(x(OH 2]·水滑石界面 mH 2O 界面。