氧化锌纳米棒的研究进展
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。
超临界流体中氧化锌纳米棒的制备研究
bd01-P-098超临界流体中氧化锌纳米棒的制备研究安贵民, 丁昆仑，苗镇江，谢 芸，陶然婷，刘志敏*中国科学院化学研究所，北京100190Email: liuzm@近年来，随着纳米科技的发展，一些传统材料的微粒化成为研究领域的新课题。
纳米氧化锌（ZnO）为宽禁带半导体，具有介电、压电、光电、传感等性质，其中ZnO纳米棒在二极管发光、太阳能电池、纳米发电机等领域具有独特的应用前景。
迄今，已有多种方法用于氧化锌纳米结构的可控合成。
超临界流体技术的发展为材料尤其是纳米材料的制备提供了新的重要途径。
本文利用超临界二氧化碳/乙醇混合流体为介质，乙酸锌为原料，在较低温度下制备了六方棱柱的纳米氧化锌棒。
如图1所示，产物外形规整，没有明显的聚集体和其它结构（Fig.1a）；纳米棒的直径约为50 nm，长为4µm左右；衍射图案表明纳米棒为类单晶（Fig.1b右下插图）；扫描电镜（SEM）观察显示所得产物呈一端共生结构（Fig.1c），单根纳米棒呈六方棱柱，有规则的几何截面（Fig.1d）。
Figure 1 (a), (b) TEM images of ZnO nanorods, the inset of (b) is electron diffraction pattern of a single rod;(c), (d) SEM images of ZnO rods.关键词：超临界流体；氧化锌；纳米棒。
Synthesis of ZnO Nanorods in Supercritical Fluids Guimin An, Kunlun Ding, Zhenjiang Miao, Yun Xie, Ranting Tao, Zhimin Liu* Institute of Chemistry, The Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190ZnO is an important semiconductor with many properties and promising applications, and the preparation of nanostructured ZnO is an interesting topic. Up to date, many methods have been developed to synthesize ZnO nanostructures. Supercritical fluids (SCFs) offer new opportunity for the synthesis of nanomaterials. In this work, ZnO nanorods are synthesized via a facile route using supercritical CO2-ethanol solution as medium and zonic acetate as precursor. As illustrated in Fig. 1, single crystal-like ZnO nanorods with regular shape have been prepared.143。
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。
纳米ZnO抑菌性应用的研究进展
纳米ZnO抑菌性应用的研究进展抗生素的广泛使用解决了诸多感染问题，但也导致越来越多耐药菌的产生。
传统抗生素对耐药菌的杀伤作用不断减弱，使其威胁持续增加。
因此，为了对抗细菌日益增长的耐药性，迫切需要开发新的抗菌物质，寻找新的抗菌机制。
纳米金属材料以其独特的性质，慢慢展现出作为广谱抗菌剂的潜力，其中又以纳米氧化锌颗粒效果较好，可以通过产生活性氧、溶出锌离子以及直接接触等机制杀伤细菌。
基于此抗菌特性，纳米氧化锌在医疗、食品包装、纺织等领域具有巨大潜力。
本文将围绕纳米氧化锌的抑菌应用展开论述。
１医用创面敷料基于ZnO的抗菌活性，并且锌元素是伤口愈合的必需元素，可以促进角质细胞迁移［1］，因此许多研究者将ZnO掺入创面敷料。
例如，在常见敷料细菌纤维素、聚酯尼龙中加入ZnO，其抑菌作用与纳米颗粒含量呈正相关，对细菌的生物膜具有显著抑制作用，可降低细菌嵌入生物膜导致的抗生素耐药性［2］；Khorasani等［3］则在敷料材料水凝胶中同时加入壳聚糖与 ZnO，促进伤口愈合的同时，发挥后两者的协同抗菌作用。
２.口腔医学领域ZnO在预防牙龈感染、龋齿等口腔医学方面亦有应用。
符国富等［４］将ZnO改性后加入牙膏，以预防牙龈下细菌感染；相比于普通ZnO，该材料对金葡菌、绿脓杆菌、牙龈卟啉单胞菌的杀菌作用明显提升，且对正常细胞毒性低。
Barma等［5］利用印度三果提取物合成ZnO，产物对链球菌抑菌效果明显，可应用于牙科产品预防龋齿。
Garcia等［6］制备含ZnO的牙科黏合剂，既确保了材料强度，又对唾液中的链球菌有较好的抑制效果，有望成为下一代牙科黏合材料。
3.养殖业及农业养殖业领域，在饲料中加入ZnO已被用于预防仔猪断奶应激，但剂量过高易加重胰腺氧化应激。
使用ZnO可将剂量减少至十分之一，并有效调节肠道菌群［1］。
Radi等［2］在肉鸡饲料中用90mg/kg-1的ZnO可用于改善生长、肠道菌群等，且对肝肾功能无明显影响。
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。
氧化锌纳米材料简介
目录摘要 (1)1.ZnO材料简介 (1)2.ZnO材料的制备 (1)2.1 ZnO晶体材料的制备 (1)2.2 ZnO纳米材料的制备 (2)3. ZnO材料的应用 (3)3.1 ZnO晶体材料的应用 (3)3.2 ZnO纳米材料的应用 (5)4.结论 (7)参考文献 (9)氧化锌材料的研究进展摘要介绍了氧化锌（ZnO）材料的性质，简单综述一下近几年ZnO周期性晶体材料和ZnO纳米材料的新进展。
关键词：ZnO；晶体材料；纳米材料1.ZnO材料简介氧化锌材料是一种优秀的半导体材料。
难溶于水，可溶于酸和强碱。
作为一种常用的化学添加剂，ZnO广泛地应用于塑料、硅酸盐制品、合成橡胶、润滑油、油漆涂料、药膏、粘合剂、食品、电池、阻燃剂等产品的制作中。
ZnO的能带隙和激子束缚能较大，透明度高，有优异的常温发光性能，在半导体领域的液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。
此外，微颗粒的氧化锌作为一种纳米材料也开始在相关领域发挥作用。
纳米ZnO粒径介于1-100nm之间，是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，表现出许多特殊的性质，如非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等[1–5]。
下面我们简单综述一下，近几年ZnO周期性晶体材料和ZnO纳米材料的新进展。
2.ZnO材料的制备2.1 ZnO晶体材料的制备生长大面积、高质量的ZnO晶体材料对于材料科学和器件应用都具有重要意义。
尽管蓝宝石一向被用作ZnO薄膜生长的衬底，但它们之间存在较大的晶格失配，从而导致ZnO外延层的位错密度较高，这会导致器件性能退化。
由于同质外延潜在的优势，高质量大尺寸的ZnO晶体材料会有利于紫外及蓝光发射器件的制作。
由于具有完整的晶格匹配，ZnO同质外延在许多方面具有很大的潜力：能够实现无应变、没有高缺陷的衬底-层界面、低的缺陷密度、容易控制材料的极性等。
《纳米棒状ZnO自组装结构的制备及其光电性能研究》
《纳米棒状ZnO自组装结构的制备及其光电性能研究》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质，在众多领域展现出了广阔的应用前景。
其中，氧化锌（ZnO）作为一种宽禁带、高激发束缚能的半导体材料，因其良好的光电性能而备受关注。
本文以纳米棒状ZnO自组装结构为研究对象，详细探讨了其制备方法及其光电性能。
二、纳米棒状ZnO自组装结构的制备（一）实验材料与设备本实验所使用的材料主要包括氧化锌粉体、氢氧化钠、氢氧化钾等。
实验设备包括磁力搅拌器、高温反应釜、离心机、电镜等。
（二）制备方法本实验采用水热法制备纳米棒状ZnO自组装结构。
首先，将氧化锌粉体溶于适量的去离子水中，形成一定浓度的锌盐溶液；其次，向溶液中加入适量的氢氧化钠和氢氧化钾，调节溶液的pH 值；然后，将溶液置于高温反应釜中，在一定的温度和压力下进行水热反应；最后，通过离心、洗涤、干燥等步骤得到纳米棒状ZnO自组装结构。
三、结构与形貌分析（一）结构分析通过X射线衍射（XRD）技术对所制备的纳米棒状ZnO进行结构分析。
结果显示，所制备的ZnO为六方纤锌矿结构，具有良好的结晶性。
（二）形貌分析利用扫描电子显微镜（SEM）对所制备的纳米棒状ZnO进行形貌观察。
结果显示，所制备的ZnO为直径约几十纳米的棒状结构，且呈现出自组装的特点，形成了三维网络结构。
四、光电性能研究（一）光吸收性能通过紫外-可见光谱（UV-Vis）对所制备的纳米棒状ZnO的光吸收性能进行研究。
结果显示，ZnO纳米棒在紫外光区域具有较高的光吸收性能，且随着波长的增加，光吸收逐渐减弱。
（二）光电导性能在黑暗和光照条件下，分别测量所制备的纳米棒状ZnO的电流-电压（I-V）曲线。
结果显示，在光照条件下，ZnO纳米棒的光电导性能明显增强，表明其具有良好的光响应性能。
五、结论本文采用水热法成功制备了纳米棒状ZnO自组装结构，并通过XRD、SEM、UV-Vis和I-V等手段对其结构和光电性能进行了研究。
《纳米棒状ZnO自组装结构的制备及其光电性能研究》
《纳米棒状ZnO自组装结构的制备及其光电性能研究》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质在众多领域展现出巨大的应用潜力。
其中，ZnO纳米材料因其优异的电学、光学及光电性能，在光电器件、传感器、太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。
本文以纳米棒状ZnO自组装结构为研究对象，详细探讨了其制备方法及其光电性能。
二、纳米棒状ZnO自组装结构的制备1. 材料与设备本实验所需材料包括氧化锌（ZnO）粉末、乙醇、去离子水等。
设备包括磁力搅拌器、恒温烘箱、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射仪（XRD）等。
2. 制备方法采用溶剂热法结合自组装技术制备纳米棒状ZnO自组装结构。
具体步骤如下：（1）将ZnO粉末溶解在乙醇中，形成均匀的溶液；（2）将溶液转移至反应釜中，在一定的温度和压力下进行溶剂热反应；（3）反应结束后，对产物进行离心、洗涤和干燥处理；（4）最后得到纳米棒状ZnO自组装结构。
三、纳米棒状ZnO自组装结构的光电性能研究1. 结构表征利用原子力显微镜（AFM）和X射线衍射仪（XRD）对制备的纳米棒状ZnO自组装结构进行表征。
结果表明，所制备的ZnO 纳米棒具有较高的纯度和良好的结晶性。
2. 光学性能分析通过紫外-可见光谱和光致发光光谱对纳米棒状ZnO自组装结构的光学性能进行分析。
结果表明，该结构在紫外光区域具有较强的吸收能力，并且在可见光区域表现出良好的光致发光性能。
此外，该结构还具有较高的光稳定性。
3. 电学性能分析采用电化学工作站对纳米棒状ZnO自组装结构的电学性能进行测试。
结果表明，该结构具有良好的导电性能和较低的电阻率。
此外，该结构还表现出优异的光电响应特性，在光照射下能够产生明显的光电流。
四、结论本文采用溶剂热法结合自组装技术成功制备了纳米棒状ZnO 自组装结构，并对其光电性能进行了系统研究。
实验结果表明，该结构具有较高的纯度、良好的结晶性、优异的光学性能和电学性能。
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，nanomaterials许多科学方面都发挥出了强大的作用。
纳米材料能够改变物质结构，并具有许多令人叹为观止的性能，例如高表面积，优异的导电性能等。
其中一种重要的纳米材料类型是纳米棒（nanorod），它的研究将有助于实现许多应用。
ZnO纳米棒是当今最常用的晶体，具有良好的光学性能和量子效应，以及高耐受性和抗污染性，因此是一种重要的用于光电器件和传感器等众多应用的材料。
目前，有三种不同的方法可用于对ZnO纳米棒进行生长：热沉淀法（Thermal Precipitation Method，TPM），光化法（photochemical method，PCM）和水溶液中的化学方法（chemical method in solution，CMS）。
其中，水溶液中的化学方法是在最近几年中开发出来的最新技术，通过使用水溶液进行生长，可以大大减少产生的污染。
因此，本文的目的是通过水溶液中的化学方法来生长ZnO纳米棒。
首先，使用纯净的水以及诸如ZnCl2和NaOH等一系列原料，制备出ZnO纳米棒生长溶液。
然后，在水溶液中加入不同浓度的氢氧化钙，促进ZnO纳米棒的生长，并通过调整pH值来获得较好的纳米棒生长情况。
此外，本实验中还测量了温度对纳米棒生长的影响，最后将研究结果与其他方法进行比较，以评估水溶液中化学方法的优势和可行性。
所以，本文的研究结果发现，在适当的温度和pH值条件下，水溶液中的化学方法可以有效地促进ZnO纳米棒的生长，将帮助我们降低ZnO纳米棒的生产成本。
此外，本文的研究结果也与其他传统方法对比，结果表明水溶液中的化学方法比其他类似方法更具可行性，因为它可以大大减少污染，简化生产过程，同时又具有较高的生长效率。
总之，本文利用水溶液中的化学方法，成功地通过控制pH值和温度来促进ZnO纳米棒的生长，表明本方法在生产方面具有可行性。
此外，我们也对本方法与其他方法进行了比较，表明水溶液中的化学方法具有更低的成本，更少的污染，更简单的生产过程以及较高的生长效率等优势。
两步法制备钴掺杂氧化锌纳米棒光学性能的研究的开题报告
两步法制备钴掺杂氧化锌纳米棒光学性能的研究的开题报告题目：两步法制备钴掺杂氧化锌纳米棒光学性能的研究摘要：本文基于氧化锌纳米棒的结构特点和钴的磁性响应，采用两步法合成了钴掺杂的氧化锌纳米棒。
通过XRD分析，得到了样品的晶体结构，TEM和FESEM分析揭示了其形貌和尺寸，并且通过EDX测试确认了样品中钴的掺杂量。
通过吸收光谱、荧光光谱和磁光光谱等方法对其光学性能进行了探究，结果表明钴掺杂的氧化锌纳米棒具有较好的荧光和磁化活性，这对于其在光学传感和磁性催化等领域具有潜在的应用前景。
关键词：氧化锌纳米棒；钴掺杂；光学性能；磁性响应一、研究背景和意义在纳米科技领域，氧化锌纳米棒由于其结构特征和优异性能引起了越来越多的关注，如其高比表面积、优异的荧光性能和良好的光电性质等。
同时，采用掺杂的方法在氧化锌纳米棒中引入一些特殊元素，能够进一步拓展其应用领域。
其中钴是一个典型的磁性元素，因此将钴掺杂到氧化锌纳米棒中，不仅可以继续优化其光学性能，而且还可以拓展其在磁性响应和催化等领域的潜在应用。
二、研究方法和步骤（1）化学合成制备氧化锌纳米棒采用无水乙醇作为溶剂，在N2保护下将氨水、锌乙酸和PEG-400混合后，加入NaOH用于调节溶液的pH值到10-11，然后将溶液置于水浴中，240℃下反应3小时，再冷却至室温，得到氧化锌纳米棒。
（2）钴掺杂氧化锌纳米棒的制备取一定量的氧化锌纳米棒，将其中一定量的硝酸钴加入其中，进行搅拌后，将样品转移到油浴中，进行高温反应制备钴掺杂氧化锌纳米棒。
（3）材料性质表征采用XRD、TEM、FESEM、EDX等方法对样品的晶体结构、形貌、尺寸和元素掺杂进行表征。
（4）光学性能测试通过吸收光谱、荧光光谱、磁光光谱等方法测试样品的光学性质，并深入探究其在光学传感和磁性催化等领域的应用前景。
三、预期成果和创新点预期的成果是通过两步法合成的钴掺杂氧化锌纳米棒，实现了对其晶体结构、形貌、尺寸和元素掺杂的全面表征，并发现其具有良好的荧光和磁化活性。
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。
氧化锌纳米棒的水热法制备及染料敏化电池的应用研究的开题报告
氧化锌纳米棒的水热法制备及染料敏化电池的应用研究的开题报告1. 研究背景及意义随着环保意识的提高以及对可再生能源的需求，染料敏化太阳能电池（DSSCs）作为一种新型的太阳能转换设备受到越来越多的关注。
其中，氧化锌（ZnO）作为一种重要的半导体材料具有广泛的应用前景，因其良好的光电性能和低成本而得到广泛的研究。
目前，制备氧化锌纳米棒是一种常见的方法，其可以通过水热法来进行制备。
此外，氧化锌纳米棒的制备方法、形貌、尺寸和结构等都会对其性能造成影响。
因此，本研究旨在通过水热法制备氧化锌纳米棒，并研究其在染料敏化电池中的应用，进一步探索和改善其性能，为可再生能源领域做出贡献。
2. 研究内容和方法2.1 研究内容（1）采用水热法制备氧化锌纳米棒。
（2）对制备的氧化锌纳米棒进行表征，包括形貌、尺寸、结构等。
（3）制备染料敏化电池，并将制备的氧化锌纳米棒应用于染料敏化电池中，研究其性能。
2.2 研究方法（1）水热法制备氧化锌纳米棒，采用乙酸锌（Zn(CH3COO)2）和氢氧化钠（NaOH）作为前驱体，反应时间、温度、浓度等参数进行控制。
（2）采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电镜（TEM）等表征手段，对制备的氧化锌纳米棒进行形貌和尺寸等方面的表征，采用X射线衍射（XRD）对其结构进行分析。
（3）制备染料敏化电池，并将制备的氧化锌纳米棒应用于染料敏化电池中。
通过对其光电性能进行测试，包括开路电压、短路电流密度、填充因子等，研究其在染料敏化电池中的应用性能。
3. 预期结果通过水热法制备的氧化锌纳米棒具有良好的形貌和尺寸等方面的特点。
将其应用于染料敏化电池中，预期可以得到较好的光电性能参数，为其在可再生能源领域的应用提供新思路和方向。
4. 研究展望在本研究的前提下，我们将在未来的研究中进一步探索氧化锌纳米棒的优化方法和多样性，以更好地实现其在染料敏化电池中的应用。
预计可以通过对纳米材料的改进，更好地提升其光电能力，并最终在可再生能源领域发挥重要的作用。
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。
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，由于纳米材料的独特性质，纳米技术在各种领域中被广泛应用。
其中，ZnO纳米材料，尤其是ZnO纳米棒，已被广泛研究，用于光传感器、光电子学、无线电子学和新能源电子学等研究领域。
ZnO纳米棒的形状可以直接影响其性能，因此研究如何生长ZnO纳米棒的方法及其影响因素具有重要的意义。
研究表明，化学沉积法是最常用的ZnO纳米棒生长方法。
这一方法通过将Zn2+和O2等原料放入水溶液中，然后由反应物构建纳米棒，从而形成ZnO纳米棒。
水溶液中反应的主要步骤是，Zn2+和O2-游离在水溶液中，然后发生反应，形成ZnO棒，经过一定的时间反应，ZnO 纳米棒会被构建出来。
另外，影响ZnO纳米棒生长的因素也有很多。
例如，水溶液中反应温度的变化会影响ZnO纳米棒的生长，反应温度过高可能会减缓ZnO纳米棒的生长，而反应温度过低可能会导致ZnO纳米棒构建不完整。
此外，反应溶液的pH值也会影响ZnO纳米棒的生长，pH值过高可能会导致ZnO纳米棒结晶生长不完整，而pH值过低可能会导致ZnO 纳米棒的生长速率较慢。
此外，水溶液中的各种反应物的浓度也会影响ZnO纳米棒的生长，反应物浓度过高可能会导致ZnO纳米棒生长不规则，而反应物浓度过低可能会导致ZnO纳米棒生长速率缓慢。
此外，在水溶液中生长ZnO纳米棒时，还需要考虑到添加剂的影响。
添加剂能够影响ZnO纳米棒生长过程中反应溶液的稳定性，以及使反应物在水溶液中的活性，从而提高ZnO纳米棒的生长速率和质量，并可能控制纳米棒的结晶度。
基于以上讨论，水溶液中化学方法生长ZnO纳米棒的研究具有重要意义。
研究人员需要通过控制水溶液反应的温度、pH值和反应物的浓度，以及合理添加一定的添加剂，调节ZnO纳米棒生长的过程，为精确控制ZnO纳米棒形状提供参考。
综上所述，本文旨在探讨水溶液中化学方法生长ZnO纳米棒的研究。
研究表明，这一方法可以通过将Zn2+和O2-等反应物放入水溶液中，然后由反应物构建出ZnO纳米棒。
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，研究者们正在研究用溶液中的化学反应来进行纳米材料的合成，探索简单的、低成本的制备方法，以满足应用纳米技术的需求。
本研究旨在利用水溶液中的化学反应来制备ZnO纳米棒。
许多研究表明，ZnO纳米棒具有优异的可塑性、高电介质常数、低损耗系数和高可靠性等特性，因此它理想的应用于射频射线电源、红外探测器、高品质太阳能电池和空气净化器等等。
此外，ZnO纳米棒在生物医学领域也具有重要的应用前景，如生物成像、高效抗菌等等。
为了研究ZnO纳米棒的合成，本研究采用水溶液的化学方法。
首先，我们有选择地把Zn(NO3)26H2O和NaOH混合溶液在室温下搅拌，以形成一个非常悬浮的溶液。
接下来，我们将这种混合溶液放入热水中反应24小时，并以稀释的掺杂成分为纳米棒提供立体结构。
放置24小时后，我们可以通过扫描电镜(SEM)和X光衍射分析(XRD)观察到，ZnO纳米棒的尺寸大小介于100 nm至1m之间，长度可达2m。
从紫外-可见(UV-Vis)光谱分析可以发现，在波长400 nm 处，ZnO纳米棒吸收了主要的蓝色紫外光，说明它具有良好的光学性能。
此外，从拉曼光谱分析中，我们发现了纳米棒表面的原子侧链结构。
通过以上方法，本研究可以成功地利用水溶液中的化学反应来合成ZnO纳米棒。
这种可控制的制备技术有助于我们在纳米材料的制备上实现更高的性能。
此外，由于ZnO纳米棒具有优异的光学性能和尺寸相关的应用，它的应用前景仍然引起了研究者们的兴趣。
综上所述，本研究证明了水溶液中的化学反应可以用来有效地生长ZnO纳米棒。
此外，该研究表明，这种生长方法可以有效地制备ZnO纳米棒，并可能有助于我们在应用纳米技术的领域取得进一步的进展。
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
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
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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3.微波水热法快速合成氧化锌纳米棒及其光催化性能 [J], 李蕊; 夏仡; 许磊; 刘建华;
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5.焙烧温度对氧化锌纳米棒光催化生产H_(2)O_(2)活性的影响 [J], 江梓聪;张勇;张留洋;程蓓;王临曦
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ZnO 纳米棒阵列。通过利用合适基底的定向生长和表面活 性剂的形貌控制, 水热法有望用来简便地构筑纳米电子和光 电子器件。
1. 3 化学溶液沉积法 Zhang 等[20] 以锌金属为底物, 通过自发氧化得到了低成
本、大面积的 ZnO 纳米棒阵列。这种湿法化学方法表现出对 纳米棒生长方向 的控制以及 能得到 大小可调 的高致 密的 ZnO 纳米阵列。这种化学液相沉积法类似于广泛应用的化 学气相沉积法, 是通过在溶液中不断生成传输分解锌的化合 物来实现的, 缺点是随着反应的进行, 纳米棒的生长速度和 质量受到了限制。罗志强等[ 21] 和赵娟[ 22] 在由溶胶 凝胶法制 备的纳米 ZnO 薄膜基底上, 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, 较高的反应物浓度和较 强的碱性溶液环境更有利于 ZnO 棒晶的生长。陈利娟等[ 23] 在离子液体中分解 Zn( OH ) 2 , 合成了直径为 25nm、长度为 150nm 的 ZnO 纳米棒。离子液体通过静电作用等在物料传输 中起到了一定的定向作用, 有利于特殊形貌纳米粒子的生成。 但离子液体通常黏度较大, 给后续产品的洗涤提纯带来一定 难度。 1. 4 气相沉积法
水热法制备重复性好, 具有适合大规模生产的优点, 但 对设备的要求也高。Liu 等[13] 用水热法在 180 处理 20h 得 到直径为 50nm 的高长径比 ZnO 纳米棒。V ayss ieres[14] 在水 热条件下制备出直径为 100~ 200nm、长度为 10 m 的氧化锌 纳米棒及其阵列。Wang 等[15] 和 T ang 等[ 16] 报道用 Zn 作为 底物同时也作为反应物, 在水 热条件下得到了形貌可控 的 ZnO 纳米棒, 但该法不利于生成高长径比的纳米棒。陶新永 等[17] 和 Wu 等[ 18] 分别采用 PEG 和溴化十六烷三甲基铵辅助 水热法合成了 ZnO 纳米棒, 表面活性剂同时充当了导向剂的 作用。Guo 等[ 2,19] 在氧化铟锡( IT O) 底物上用水热法通过改 变温度成功地 合成了粒径 长度可控、分布 较窄、高趋向 的
L i 等[ 26] 和 Zhou 等[ 27] 利用原子层沉积法在底物上生长 一层均匀的 ZnO 薄膜作为模板晶种层, 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 值有关; 纳米棒的长度与生长时间以及反 应物浓度有关, 但产物粒径和长度的可控问题没有解决。而 Zhang 等[28] 采用可 以充当 空间位阻 作用 的分散 剂来控 制 ZnO 纳米棒的长度。根据晶体生长匹配的原则, 晶种诱导法 可以采用一定的底物定向生长出纳米棒和纳米管阵列, 这也 适用于合成其它氧化物纳米阵列。晶种诱导法还可以利用 有机高分子或者表面活性剂充当位阻剂和形貌控制剂, 通过 改变其比例得到形貌可控的纳米棒或者阵列。 1. 6 纳米颗粒自组装法
1. 7 分子束外延自组装法 Choopuna 课题组[ 30] 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 ZnO 纳米棒, 结果 表明, ZnO 纳米棒的成核和过饱和气溶液同时形成, 由此可 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。 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。该合成方法具有一定的可控性, 但生产成本较高。
2 合成机理研究
2. 1 化学气相沉积法的机理 艾仕云等[25] 和张旭东等[ 26] 对 ZnO 纳米棒的生长提出了
一个可 能的解释。Zn(s) Zn(g) 过程中, 气态的 Zn ( 沸点 为 907 ) 立即与 O2 反应生成 ZnO( Zn( g) + O2 ZnO) , ZnO 在 衬底上凝结成高密度的纳米级 ZnO 晶核, 后续生成的 ZnO 到达衬底以后, 优先在先前形成的 ZnO 晶核上发生定向粘附 并晶化, 沿 ZnO 晶体 c 轴 方向生长, 最终形成 纳米棒。而 Cong 等[ 31] 和 Zhang 等[32] 则认为可能存在另外一种生长机 理 层状 岛状中间生长模式, 首先在蓝宝石( 0001) 方向上 生成高密度的晶核, 形成最初有趋向的纳米棒, 然后在 c 轴 方向上生长, 由于( 0001) 晶面的表面自由能比较大, 如果说 晶核的密度足 够大, 在 15min 后纳米棒将可能在横断面 聚 集, 尽管 ZnO 在横截面的生长速度比较慢, 但仍会在 ZnO 纳 米棒的根部形成膜。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, 也可以作发光的 二极管膜。XRD 衍射结果也表明: 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 长也揭示了纳米棒的生长过程。 2. 2 溶液法生长机理
Pacholski 等[ 29] 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, 其中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晶面合适的对接也会导致 晶格自由能的增加, 从而使缩聚自由能增加, 有利于形成导 向性很强的纳米棒。醋酸锌的浓度在 0. 01mol/ L 时可得到 类球形的纳米粒子, 在 0. 1m ol/ L 以上时才可以形成纳米棒。 孔祥荣等[ 6] 也得到了类似的研究结论。这种方法通过 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。 但由于反应物浓度较低, 很难在短时间内合成大量形貌均一 的 ZnO 纳米棒。
Key words ZnO nanor ods, preparations, for mation mechanisms
氧化锌由于具有较高的化学稳定性和较好的生物兼容 性, 同时在室温下具有较大的导带宽度( E g= 3. 4eV) 和较高 的电子激发结合能( 60meV) 及光增益系数( 300cm - 1 ) 而使其 具有独特的催化、电学、光电学、光化学性质, 受到了极大的 关注[ 1- 8] , 其在太阳能电池[2] 、表面声波和压电材料[ 3] 、场发 射[ 4] 、纳米激光[5] 、波导、紫外光探测 器、光学开关、逻 辑电 路[ 6, 7] 、微纳米电源[3,8] 等领域均具有广阔的应用前景。近年 来, 尤其对一维 ZnO 纳米材料在能量转化( 机械能转化电能) 方面的研究日益增多, 特别是自 2006 年王中林教授科研小 组[ 3] 首次利用 ZnO 纳米阵列的压电效应相继发明了纳米发 电机、直流发电机以来, 因其可望成功研制出令衣物发电的 技术以及可为微纳米器件供电的纳米电源而成为目前研究 的热点之一。本文就氧化锌纳米棒及其阵列的制备、合成机 理和应用研究等进行简要的综述。
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。
关键词 氧化锌纳米棒 制备 合成机理
中图分类号: T B381
es in ZnO N anorods
K ONG Xiangrong1 , L IU Lin2, QIU Chen2, L IU Qiang2 , ZH EN G W enjun2
( 1 Sin China N ano T echno lo gy Center, K ey L abo rato ry for Nanomater ials o f M inistr y of Education, Beijing U niver sity o f Chemical T echno lo gy , Beijing 100029; 2 D epar tment o f M aterials, Co lleg e of Chemistry , N anka i U niver sity, T ianjin 300071)
1 氧化锌纳米棒及其阵列的制备
1. 1 超声波法和微波法 刘秀兰等[ 9] 在冰水浴中以十二烷基苯磺酸钠作为表面
活性剂, 通过超声的方法制备出截面为六方的 ZnO 纳米棒。
低温与超声技术可以方便获得长径比较小的 ZnO 纳米棒。 超声辐射法和微波辐射法的共同特点是反应速度快, 设备要 求简单。H u 等[ 10] 分别用超声和微波辐射 2 种方法得到了交 联( 二聚体三聚体( T 形) 、四聚体( X 形) ) 的 ZnO 纳米棒。孔 祥荣等用微波法合成了氧化锌纳米棒[11] 和纳米管[ 12] 。该法 不用表面活性剂和模板, 可重复性好, 产率高, 适合比较大规 模的制备。 1. 2 水热法
氧化锌纳米棒的研究进展/ 孔祥荣等
105
氧化锌纳米棒的研究进展*
孔祥荣1 , 刘 琳2, 邱 晨2 , 刘 强2 , 郑文君2
( 1 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; 2 南开大学化学学院材料系, 天津 300071)
艾仕云[24] 采用气相沉积法在氩气和氧气的混合气氛中 900 加热 2min, 得到直径为 20~ 30nm 、长径比为 20 的 ZnO 纳米棒。张旭东等[25] 以锌粉和氧化锌为原料, 采用高温热蒸 发方法制备了具有良好晶体结构和规则外形的 ZnO 纳米棒。 与溶液沉积法相比, 气相沉积法的反应温度较高, 条件也比 较苛刻。 1. 5 晶种诱导法
Abstract ZnO show s g oo d chemical iner tness and bio co mpat ibility. A lso , ZnO is the o nly material which pos sesses g oo d piezoelectr ic and semiconductor pro per ties. ZnO nano ro ds hav e at tracted much inter est due to their unique phy sical and chemical pro perties and po tential for diverse electro nic and photo nic dev ice applicatio ns in areas such as sur face aco ustic w ave, photo nic cr ystals, light emit ting diodes, photodetector s, optical mo dulat or w aveg uides, v aris tor s, gas senso rs, and so lar cells. In this paper, t he pr epar ation o f ZnO nanoro ds, their format ion mechanisms, and their applicat ions in recent y ears ar e briefly summar ized. A t last, the prom ising pr ospects for the utilizatio n of ZnO nanr ods, especially as nano dev ices and nano generato rs are g iven.