模板法低維納米氧化鋅的制備與表征.pdf

1、ZnO由于同時具有優(yōu)異的半導(dǎo)體、壓電、熱電和熒光特性而一直得到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。尤其是在近年來發(fā)現(xiàn)ZnO作為一種典型的直接帶隙半導(dǎo)化合物，室溫下的禁帶寬度為3.37eV，激子結(jié)合能為60meV，可用于短波長半導(dǎo)體激光器、紫外光發(fā)射和探測器件、透明半導(dǎo)體、機(jī)電耦合傳感器等光電子納米器件，使得ZnO成為納米領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 本論文綜述了近年來納米氧化鋅的制備方法及它們的應(yīng)用狀況。鑒于氣相法制備納米氧化鋅需要昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、較高的實(shí)驗(yàn)

2、溫度、且產(chǎn)物收集困難，本研究著眼于液相法制備低維納米氧化鋅材料，主要包括可以低成本規(guī)?；a(chǎn)的水熱/溶劑熱法、溶膠—凝膠法和直接反應(yīng)沉淀法，通過不同的制備條件來實(shí)現(xiàn)對納米氧化鋅的形貌控制并對納米氧化鋅的形貌控制機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。最后為了實(shí)現(xiàn)納米氧化鋅的有序可控生長，深入研究了利用模板法制備納米氧化鋅，并對其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征。 本文的主要工作和取得的主要結(jié)果如下： 1.水熱法中，選用聚乙二醇(PEG)為軟模板，水為溶

3、劑，調(diào)節(jié)Zn<'2+>/OH<'->濃度，成功制備出包括納米碗、納米棒、納米花在內(nèi)的多種形貌納米氧化鋅。PEG在水溶液中的分相團(tuán)聚現(xiàn)象是合成納米碗和納米花納米結(jié)構(gòu)的決定性因素。 2.溶劑熱法中，選用聚乙二醇(PEG)為軟模板，乙醇與水為混合溶劑，調(diào)節(jié)Zn<'2+>/OH<'->濃度，制備出包括納米線、納米棒、六角螺母、六方棱柱在內(nèi)的不同形貌納米氧化鋅，探討了PEG作為軟模板對產(chǎn)物形貌的控制。由于PEG會同時和溶劑分子及Zn<'2

4、+>產(chǎn)生化學(xué)鍵和，因此PEG的作用主要受到[OH<'->]/[Zn<'2+>]的影響。只有在[OH<'->]/[Zn<'2+>]=2∶1時才能夠得到一維納米氧化鋅，在[OH<'->]/[Zn<'2+>]=1∶1的條件下則只能形成六角螺母和六方棱柱，在其他更高的反應(yīng)物濃度比范圍則形成納米棒同十四面體的混合體。 3.采用兩步陽極氧化法，以草酸為電解液制備出高度有序的多孔氧化鋁，孔洞垂直鋁片表面呈六方蜂窩狀排列，孔徑大小一致并可通過陽

5、極氧化參數(shù)調(diào)節(jié)孔道尺寸，為定向有序生長納米氧化鋅提供完美模板。 4.以醋酸鋅為先驅(qū)體配置溶膠溶液，通過浸漬法、滴入法和真空抽濾法，在毛細(xì)管力、重力和大氣壓力作用下，將ZnO膠體滲入陽極氧化鋁模板的孔道，利用模板的空間限制效應(yīng)，控制氧化鋅納米線的生長位置和尺寸。其中，以真空抽濾法的效果最佳，可獲得直徑約60nm，長達(dá)幾微米的氧化鋅納米線陣列。 5.以氨水為礦化劑采用直接反應(yīng)沉淀法制備納米氧化鋅，在不同鋅離子濃度下，pH值以及溫度的

6、條件下成功得到星狀、針狀、棒狀等不同形貌的低維納米氧化鋅材料。在直接反應(yīng)沉淀法的基礎(chǔ)上選用制備一維納米氧化鋅的最佳條件并將陽極氧化鋁模板引入反應(yīng)體系作為異相形核生長的基板，成功制備出了直立的片狀氧化鋅納米晶有序陣列。 6.水熱法和直接沉淀法可以制備結(jié)晶完好的氧化鋅納米顆粒，具有較好的本征藍(lán)紫光(約390nm)發(fā)光特性，但由于顆粒形貌各異、分布無序，發(fā)光峰寬化，且樣品中存在較多氧空位，出現(xiàn)綠光(約460nm)和橙黃光(>500nm