ZnO纳米线的制备方法及应用

气相合成法示意图
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ZnO纳米线的制备方法
模板合成法
以多孔阳极氧化铝 (AAO) 为模板。 AAO 孔洞为六角柱形垂直模面呈有序平行排列， 孔密度大，孔径在5~200nm范围内可调。 优点：纳米线有序、长径比可控 缺点：模板上解离出产品困难, 模板溶解 会影响产品的纯度
涂膜
热处理
薄膜 溶胶-凝胶法示意图
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ZnO纳米线的制备方法
微乳液法
利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成一个 均匀的乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得 纳米粒子。 优点：粒度分布较窄，粒径可控，粒子间不易团聚 缺点：表面活性剂用量大，成本高，不易回收
模板合成法示意图
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ZnO纳米线的制备方法
电化学合成 法
电场作用下，以锌盐为电解液，利用氧化还原反应，使 溶液中的Zn2+离子沉积到阴极得到所需ZnO薄膜。 优点：室温进行、参数(电流、电压等)可控、设备简单 缺点：薄膜多为多晶态或非晶态，性能不高，难制备复 杂组成的薄膜
a
b c
Zn2+
+ OH+ + + 微乳液法示意图
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ZnO纳米线的制备方法
水热合成法 在密封的压力容器 (高压釜)中，水为溶 剂，在高温高压的 条件下进行的化学 反应。 优点：设备过程简 单，反应条件易控 制，反应速率快， 产物纯度高，粒径 易控制
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发光二极管(LED)
发光二极管没有灯丝，产热少，寿 命长，是由半导体材料里的电子移 动而使它发光，发光颜色与半导体 的带隙有关。
发光二极管原理
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ZnO纳米线的应用前景
太阳能电池
通过光电效应产生电力输出的半导体器件
太阳能电池应用
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(1)
(2)
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Байду номын сангаас
ZnO纳米线的应用前景
纳米“森林”
将光和水转化为氢燃料 纳米“树”电极浸没在水中，然后利用模拟的 太阳光进行照射，这种垂直分支结构不仅能够捕获 大量太阳能，同时也能最大限度地提高氢气产量。
ZnO纳米“森”结构
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分子束外延法原理图
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ZnO纳米线的制备方法
气相合成法
利用高温物理蒸发，通过气体传输, 可使反应物沉积到低温衬 底上并生长为一维结构。 锌源： ZnO粉、Zn粉 优点：参数可控，容易实现控制生长，纯度高，结构复杂 缺点：高温600~ 1000℃, 成本高, 样品无序排列，不利于单根 纳米线的进一步的应用
电化学合成法示意图
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ZnO纳米线的制备方法
溶胶-凝胶法
原料分散在溶剂中，经水 解反应生成活性单体，活 性单体进行聚合，开始成 为溶胶，进而生成具有一 定空间结构的凝胶，涂于 衬底，烘干成膜。
溶胶
凝胶
优点：设备简单，工艺温 度低、可大面积制备，易 制得均匀多组分氧化物膜 缺点：陈化时间长，薄膜 易开裂
ZnO纳米线的应用前景
ZnO气敏元件
利用待测气体与半 导体 ( 主要是金属氧 化物 ) 表面接触时产 生的电导率等物性 的变化来检测气体， 器件的阻值随气体 浓度而变化, 从浓度 与阻值的变化关系 即可得知被测气体 的浓度。
气敏器件阻值-浓度关系
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ZnO纳米线的应用前景
磁控溅射法原理图
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ZnO纳米线的制备方法
分子束外延法
在高真空系统中相对地放置衬底和几个分子喷射炉，将欲 组成化合物的各种元素和掺杂元素分别放入不同喷射炉内 加热，是它们的分子 ( 或原子 ) 以一定的热运动速度和一定 比例的束流强度喷射到加热的衬底表面，与表面产生相互 作用，进行单晶薄膜的外延生长。
材料先进制备技术
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材料先进制备技术
氧化锌纳米线的制备方法 及应用
汇报人： 仇晓风
汇报日期：2013.11.25
目录
汇报内容：
1
ZnO纳米线的制备方法
2
ZnO纳米线的应用前景
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ZnO纳米线的制备方法
化学法
模板合 成法
气相合 成法
电化学 合成法
溶胶凝胶法
微乳液 法
水热合 成法
物理法：磁控溅射法、分子束外延法等
ZnO纳米线的应用前景
ZnO压电器件-纳米线发电机
一些晶体的结构比较特别，缺乏对称性，当这种晶体受 到压力而改变形状时，便会放出少量的电流，这就是压 电效应。氧化锌就具备产生压电效应的特性。
ZnO 晶体 (1) “发梳”涂薄 金-作为电极 (2)“发梳”表面未经处理 相互摩擦 -- 涂金且较硬的 “发梳”(1)使(2)梳齿弯曲， 由于压电效应， ZnO 晶体 上出现电荷。 末端的电线可以将电流输 送到照明装置上，从而实 现机械能到电能的转换。
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ZnO纳米线的制备方法
磁控溅射法
电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞， 电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的 作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原 子（或分子）沉积在基片上成膜。 优点：牢固致密、高速低温，广泛用于工业生产多晶ZnO薄膜 缺点：靶刻蚀不均，高真空、设备较昂贵