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@https://www.doczj.com/doc/2411152795.html,
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。
的生长是由于Zn 和Al 之间发生了反应，这种反应降低了界面的自由能导致了在过饱和溶液中生成非均相的ZnO纳米棒，而不是持续的均相的纳米棒的生长。ZnO 纳米棒的自组装在水滑石表面形成了紧包的钉－床结构六角型结构。纳米棒的大小可以通过控制溶液的pH来实现。通过高温下水滑石模板的剥离可以得到ZnO 纳米棒束的薄片。 2+3+
3.5表面刻蚀法机理
Li 等[32]通过在Zn 膜上表面刻蚀得到ZnO 纳米棒。 30ml 硝基苯和20ml 甲醇以及6.374克KOH混合到100ml 烧杯里，搅拌几分钟，停止搅拌，自然让其分成两相。然后将锌膜插入到分层的溶液，和两相均接触5min，膜在80℃真空干燥得到。一维ZnO 纳米棒阵列和三维的簇状的自组装可以通过不同的反应过程得到。
如图 3所示在这个过程中，锌膜在有机溶液的体系里既充当反应物，也充当底物。而且这种反应过程在室温下几分钟可以完成，可望转换为大规模的工业化生产。
4 应用
目前，氧化锌纳米棒及其阵列的应用研究工作展开的还比较少。
Park 等设计了基于ZnO 纳米棒的逻辑器件，包括OR 、AND 、NOT 、和NOR 门，在这[5]
些器件中ZnO 纳米棒作为半导体的通道，可以控制金属/氧化物半导体节点的特征，从而产生欧姆式的或者肖特基式的接触，进而确保构筑高性能的肖特基二极管和金属－半导体型的场效应的晶体管。Zhang 等[33]在硅底物上用梳型Pt 电极通过气相传输方法得到了ZnO 纳米棒和纳米线，研究表明这种纳米材料膜具有对湿度的高灵敏性和长期稳定性以及较快的反应时间。湿度的增加会导致膜阻抗的减小。在室温下相对湿度为97%时湿度脉冲可以对纳米棒或者纳米线产生4到2个数量级的阻抗变化。这种材料可望用作湿度传感器。
Guo 等用氧化铟锡（ITO ）底物上用简单的水热法通过改变温度成功的合成了粒径长[2]
度可控的分布较窄的高趋向的ZnO 纳米棒阵列。XRD 结果表明，合成的单晶纳米棒垂直于底物沿[001]生长。这种在ITO 底物上有ZnO 纳米棒的薄膜通过设定的路径允许更有效的光电子传输和收集，这种夹心式的太阳能电池当生长温度在95℃时转化效率高达
2.4％。
Figure 3. Illustration of the formation process of two kinds of morphologies: aZnO nanorod arrays; b3D
urchin-like assemblies
图 3 ZnO两种形态的形成过程示意图：a ZnO 纳米阵列；b ZnO三维簇状自组装
https://www.doczj.com/doc/2411152795.html, Figure 4．SEM images of ZnO nanorod logic devices 图 4 ZnO纳米棒逻辑电路的SEM谱图 5 结束语氧化锌纳米棒及其阵列具有优异的光电磁催化等性质，对其合成的深入研究和应用的拓展，都将对纳米元器件构筑和高
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https://www.doczj.com/doc/2411152795.html, Research Advances in ZnO Nanorods Xiang-rong Kong*, Chen Qiu, Qiang Liu，Lin Liu and Wenjun Zheng (Department of Materials, College of Chemistry, Nankai University, Tianjin, 300071, P. R. China Abstract ZnO nanorods have attracted much interest due to their unique physical properties and potential for diverse electronic and photonic device applications in areas such as surface acoustic wave, photonic crystals, light-emitting diodes, photodetectors, optical modulator waveguides, varistors, gas sensors, solar cells. In this paper, the preparation of ZnO nanorods，their formation mechanisms, and their applications in recent years were briefly summarized. Keywords: ZnO nanorods; preparations; formation; mechanisms 作者简介：孔祥荣，男，1977 年出生，博士研究生，主要从事纳米功能材料的设计与研发。 -8-
不同基底下生长氧化锌纳米线研究 首先在FTO玻璃基底上用水热法制备氧化锌纳米线，发现在配备种子层的基础上0.7437克硝酸锌和0.35克六次甲基四胺在九十五摄氏度的温度下反应三个小时制得的氧化锌纳米线最好。然后以重金属金为基底用水热法制备氧化锌纳米线，以金为催化剂0.7437克硝酸锌和0.35克六次甲基四胺分别在70摄氏度，80摄氏度，90摄氏度反应七个小时，发现在七十摄氏度的条件下氧化锌纳米线排列最为整齐，结果最好。不同基底相对比发现以FTO为基底制备氧化锌纳米线，氧化锌纳米线排列紧密且长径比较大，但是倾斜严重，适合染料敏化太阳能电池等科技的研究。以重金属金为基底制备氧化锌纳米线，氧化锌纳米线排列宽松，但倾斜较小，长径比较小，个体较大。适合于研究单独一根氧化锌纳米线。 关键词：FTO基底，金基底，不同基底制备氧化锌纳米线的特点 最近人们对于碳纳米管的发现引起了制备其它一维纳米材料的极大兴趣。一维纳米结构氧化物具有独特的光学，电学性能。各种氧化物纳米线的制备和性能研究已成为当今的热点。氧化锌是重要的II – VI族直接带隙宽禁带半导体氧化物，具有较大的禁带宽度（3.2eV）,激子结合能（60meV）高，能在室温及更高温度产生近紫外的短波激子发光。其中特别是具有较大长径比的氧化锌纳米线所表现出的奇特光学与电学性能，使其在低压和短波长光电子器件方面具有潜在的应用价值，例如透明导电材料，发光二极管，气敏传感器和荧光器件等。一维氧化锌纳米线是一种性能优异的新型功能材料，应用开发前景十分广阔。其制备方法多种多样，制备技术也日趋完善，它在传统材料、微电子、医药等领域的应用日益广泛和重要，对这些领域将会带来革命性的改变，也会影响到人们的日常生活。可以预见，随着氧化锌纳米线的制备方法、生长机理、结构表征等研究的不断深入，其应用研究将会有一个快速发展的阶段。 1.1纳米材料 1.1.1纳米材料简介 纳米材料是在纳米尺度空间内研究电子、原子和分子的内在运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。它的最终目标是人类能够按照自己的意愿直接操纵单个原子，制造具有特定功能的产品。 1.1.2纳米材料四大效应 体积效应 当纳米粒子尺寸比电子的德布罗意波更小时，内压、磁性、化学活性、热阻、光吸收、催化性及熔点等与普通粒子相比发生了很大的变化，周期性边界条件将被破坏。纳米粒子以下几个方面的应用均基于它的体积效应。例如，利用等离子共振频移随颗粒尺寸变化的性质，
Material Sciences 材料科学, 2018, 8(5), 482-489 Published Online May 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/2411152795.html,/journal/ms https://https://www.doczj.com/doc/2411152795.html,/10.12677/ms.2018.85054 Growth Mechanism and Photocatalytic Performance of ZnO Nanorod Arrays Chunwei Liu, Yang Wan, Shenghai Zhuo, Sha Luo* College of Material Science and Engineering, Northeast Forestry University, Harbin Heilongjiang Received: Apr. 22nd, 2018; accepted: May 9th, 2018; published: May 16th, 2018 Abstract Well-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%. Keywords Zinc Oxide, Nanorod Array, Activated Carbon Fiber, Growth Mechanism, Photocatalysis ZnO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。
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@https://www.doczj.com/doc/2411152795.html, 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。
纳米氧化锌综述 概述 纳米氧化锌是一种多功能性的新型无机材料，晶体为六方结构，其颗粒大小约在1～100纳米。纳米氧化锌由于颗粒小、比表面积大而具有许多其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的特殊的性质，呈现表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点[1]。近年来发现它在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能，使其在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域有重要的应用价值，具有普通氧化锌所无法比较的特殊性和用途。纳米氧化锌在纺织领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。由于纳米氧化锌一系列的优异性和十分诱人的应用前景，因此研发纳米氧化锌已成为许多科技人员关注的焦点。 纳米氧化锌的性质 纳米氧化锌是一种半导体催化剂的电子结构，在光照射下，当一个具有一定能量的光子或者具有超过这个半导体带隙能量Eg的光子射入半导体时，一个电子从价带NB激发到导带CB，而留下了一个空穴。激发态的导带电子和价带空穴能够重新结合消除输入的能量和热，电子在材料的表面态被捕捉，价态电子跃迁到导带，价带的孔穴把周围环境中的羟基电子抢夺过来使羟基变成自由基，作为强氧化剂而完成对有机物（或含氯）的降解，将病菌和病毒杀死[2]。 纳米氧化锌的制备 1.纳米氧化锌的液相化学制备技术 除了能够准确控制粒子的化学组成外，液相法与其它化学制备技术相比还具有设备简单、批量大、原料易得、相对来说粒子大小集中、晶相结构及形状容易控制、产物活性好、成本低等特点。液相法可以分为沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热合成法、溶剂蒸发法等。 1．1化学沉淀法 1．1．1直接沉淀法 直接沉淀法是直接混合制备氧化锌的锌盐与沉淀剂溶液的方法，特点是条件易于控制，操作简单，适于大批量制备粉体材料，其缺点是副产物离子的洗涤较困难，且产物粒径分布较宽，干燥过程中粒子易于团聚。郭志峰等[3]向乙酸锌溶液滴加草酸，同时搅拌，伴有草酸锌沉淀生成。将沉淀物送入烘箱烘干，烘干的草酸锌粉末置洗净坩埚中，在箱式电阻炉中反应，制得氧化锌晶体。 1．1．2 均匀沉淀法 均匀沉淀法是将反应物之一通过化学反应缓慢释放出来并导致沉淀反应发生的技术，因此混合反应物溶液沉淀反应并不立即发生。其特点是避免了直接沉淀法中的局部过浓，从而大大降低沉淀反应的过饱和度。洪若瑜等[4]采用连续微波加热用硫酸锌和尿素制备了粒径为8～30nm的纳米氧化锌。 1．2溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是以无机盐或金属醇盐为前驱物，经水解缩聚过程逐渐胶化，然后作相应处理得到所需纳米粉体，方法多采用有机溶剂。该方法合成的粉体纯度高，化学成分均匀，颗粒度小且分布范围窄。溶液的pH值、浓度、反应时间及温度均是影响溶胶-凝胶质量的主要因素。 Tianbao Du等[5]采用溶胶-凝胶浸渍涂布技术制备了氧化锌半导体薄膜，他 们以耐热玻璃为模板，在不断搅拌中把模板加入Zn( CH 3C00) 2 /乙醇溶液中，取出
ZnO纳米阵列的水热合成 摘要 水热合成技术是指在特制的密封反应器(高压釜)中，以水溶液作为反应体系，通过对反应体系的加热至或接近其临界温度而产生高压，从而进行无机材料的合成与制备的一种有效方法“吲。该方法可使一些在常温常压下反应速率很慢的热力学反应在水热条件下实现反应快速化。在水热条件下，水既作为溶剂又作为矿化剂，在液态或气态还是传递压力的媒介，同时由于在高压下绝大多数反应物均能部分溶解于水从而促使反应在液相或气相中进行。水热反应有水热氧化、热沉淀、水热合成、水热还原、水热分解、水热结晶等类型。水热反应法为各种前驱物的反应和结晶提供了一个在常压条件下无法得到的、特殊的物理和化学环境。水热反应的温度一般在100—400。C，压力从大于0．1Mpa直至几十到几百Mpa。与其它粉体制备方法相比，水热合成纳米材料的纯度高、晶粒发育好，避免了因高温煅烧和球磨等后续处理引起的杂质和结构缺陷。水热法的原料成本相对较低，所得纳米颗粒纯度高，分散性好，晶型好，且大小可控，因而水热合成法是制备纳米氧化物的好的方法之一. 关键词： 目录 1、绪论
ZnO 属于带隙较宽( 室温下3. 37eV) 的半导体材料, 由于本征缺陷的存在, 使得ZnO 往往具有的N 型导电性。与其它传统半导体材料如Si、GaAS、CdS、GaN 等相比, ZnO 具有高的激子束缚能( 高达60meV,远大于GaN 的21~ 25meV) 、高的击穿强度和饱和电子迁移速率, 可用作高温、高能、高速电子器件。另外,ZnO 还具有热电效应和化学传感特性, 在传感器领域有重要的应用。纳米级氧化锌由于粒子尺寸小, 比表面积大, 具有表面效应、量子尺寸效应和小尺寸效应等, 与普通氧化锌相比, 表现出许多特殊的性质, 如无毒和非迁移性、压电性、吸收和散射紫外线能力。这一新的物质形态,赋予了氧化锌在科技领域许多新的用途。目前来说, 制备ZnO 纳米结构的工艺方法很多,如物理气相沉积法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法, 分子束外延法、热蒸发法、阳极氧化铝模板法、水热法等等。这些方法制备的ZnO 纳米材料具有非常丰富的结构形貌, 如ZnO 纳米线、纳米带、纳米环、纳米梳, 四脚状纳米ZnO 结构等等。相对而言, 化学溶液方法比较简单。水热法是一种制备氧化物的湿化学方法。水热法又称高温溶液法, 是指在特制的密闭反应器( 高压釜) 中, 采用水溶液作为反应体系, 通过对反应体系加热,在反应体系中产生一个高温高压的环境进行无机合成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, 从而加快反应的进行。近年来, 由于其相对于其它方法具有能耗低、适用性广、可控性强、产率高、物相均匀、纯度高、结晶良好以及环境污染小等优点, 引起了人们越来越广泛的关注。在本文中, 我们采用ZnCl2 溶液和浓氨水( 25%) ,利用一种简单的水热法合成了
实验七 沉淀法制备纳米氧化锌粉体 一、实验目的 1、了解沉淀法制备纳米粉体的实验原理。 2、掌握沉淀法制备纳米氧化锌的制备过程和化学反应原理。 3、了解反应条件对实验产物形貌的影响，并对实验产物会表征分析。 二、实验原理 氧化锌是一种重要的宽带隙(3.37 eV)半导体氧化物，常温下激发键能为60 meV 。近年来，低维（0维、1维、2维）纳米材料由于具有新颖的性质已经引起了人们广泛的兴趣。氧化锌纳米材料已经应用在纳米发电机、紫外激光器、传感器和燃料电池等方面。通常的制备方法有蒸发法、液相法。我们在这里主要讨论沉淀法。 沉淀法是指包含一种或多种离子的可溶性盐溶液，当加入沉淀剂(如OH --，CO 32-等)后，或在一定温度下使溶液发生水解，形成不溶性的氢氧化物、氧化物或盐类从溶液中析出，并将溶剂和溶液中原有的阴离子洗去，得到所需的化合物粉料。 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。而加入的沉淀剂不是立即在溶液中发生沉淀反应，而是通过沉淀剂在加热的情况下缓慢水解，在溶液中均匀地反应。 纳米颗粒在液相中的形成和析出分为两个过程，一个是核的形成过程，称为成核过程；另一个是核的长大，称为生长过程。这两个过程的控制对于产物的晶相、尺寸和形貌是非常重要的。 制备氧化锌常用的原料是可溶性的锌盐,如硝酸锌Zn(NO 3)2、氯化锌ZnCl 2、醋酸锌。常用的沉淀剂有氢氧化钠（NaOH ）、氨水（NH 3. H 2O ）、尿素（CO(NH 2)2）。一般情况下，锌盐在碱性条件下只能生产Zn(OH)2沉淀，不能得到氧化锌晶体，要得到氧化锌晶体通常需要进行煅烧高温。均匀沉淀法通常使用尿素作为沉淀剂，通过尿素分解反应在反应过程中产生NH 3 H 2O 与锌离子反应产生沉淀。反应如下： O H NH CO O H NH CO 23222223)(?+→+ (1) OH -的生成： -+ +→?OH NH O H NH 423 (2) CO 32-的生成： O H CO NH CO O H NH 223422322++→+?-+ (3)
学号：201140600113 纳米氧化锌的制备方法综述 姓名：范丽娜 学号： 201140600113 年级： 2011级 院系：应用化学系 专业：化学类
纳米氧化锌的制备方法综述 姓名：范丽娜学号： 201140600113 内容摘要:介绍了纳米氧化锌的应用前景及国内外的研究现状,对制 备纳米氧化锌的化学沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法、水热合成法、 化学气相法的基本原理、影响因素、产物粒径大小,操作过程等进行 了详细的分析讨论;提出了每种创造工艺的优缺点,指出其未来的研 究方向是生产具有新性能、粒径更小、大小均一、形貌均可调控、生 产成本低廉的纳米氧化锌。同时也有纳米氧化锌应用前景的研究。 Describes the application of zinc oxide prospects and research status, on the preparation of ZnO chemical precipitation, sol-gel method, microemulsion, hydrothermal synthesis method, chemical vapor of the basic principles, factors, product particle size, operating procedure, carried out a detailed analysis and discussion; presents the advantages and disadvantages of each creation process, pointing out its future research direction is the production of new properties, particle size is smaller, uniform size, morphology can be regulated, production cost of zinc oxide. There is also promising research ZnO. 关键字：纳米氧化锌制备方法影响研究展望 正文：纳米氧化锌是一种多功能性的新型无机材料，其颗粒大小约在1～100纳米。由于晶粒的细微化，其表面电子结构和晶体结构发生 变化，产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效 应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点。近年来发现它在
收稿日期:2002209212;修回日期:2002211205 3通讯联系人 文章编号:100421656(2003)0520601206 纳米氧化锌的研究进展 辛显双,周百斌3,肖芝燕,徐学勤,吕树臣 (哈尔滨师范大学理化学院,黑龙江哈尔滨 150080) 摘要:本文对纳米氧化锌的制备技术进行了全面介绍并客观地指出其优缺点,概括了常用的表征方法,着重对纳米氧化锌的应用与研究前沿作了系统的阐述,并展望了纳米氧化锌的应用前景。关键词:纳米氧化锌;制备;表征;应用;展望中图分类号:O6141241 文献标识码:A 纳米ZnO 是当前应用前景较为广泛的高功 能无机材料。由于其颗粒尺寸的细微化,比表面积急剧增加,表面分子排布、电子结构和晶体结构都发生变化,具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使纳米ZnO 具有一系列优异的物理、化学、表面和界面性质,在磁、光、电、催化等方面具有一般ZnO 所无法比拟的特殊性能和用途,由它构成的二维薄膜和三维固体也不同于常规薄膜和块状固体材料[1～5]。本文对ZnO 的制备方法、结构的表征及用途进行了综述,并对纳米氧化锌的应用前景进行了展望。 1 纳米ZnO 的制备方法 纳米ZnO 的制备方法有物理方法和化学方法。物理方法是将常规的粉体经机械粉碎、球磨而制得。其特点是方法简单,但产品纯度较低,颗粒分布不均匀。化学方法是从原子或分子成核,生成纳米级的超微细粒子,这里主要介绍制备纳米ZnO 的化学方法。111 固相反应法 以Na 2C O 3和ZnS O 4?7H 2O 为原材料,分别研磨,再混合研磨,进行室温固相反应[6],首先合成前驱体ZnC O 3,然后于200℃热分解,用去离子水和无水乙醇洗涤,过滤,干燥后制得纯净的ZnO 产品,粒径介于610～1217nm 。石晓波[7]等以草酸和醋酸锌为原料,用室温固相反应首先制备前驱物二水合草酸锌,然后在微波场辐射分解得到 纳米氧化锌,平均粒径约为8nm 。室温固相反应法成本低,实验设备简单,工艺流程短,操作方便。且粒度分布均匀,无团聚现象,工业化生产前景乐观。112 气相反应法 激光技术气相沉积法 这种技术的主要工艺[8]是利用激光蒸发和在扩散云室中的可控凝聚相结合,从而控制粒子的尺寸分布和化学组成。E L -shall M Samy [9]等采用激光蒸发、凝聚技术,在极短时间内使金属产生高密度蒸气,形成定向高速金属蒸气流。然后用金属蒸气与氧气反应而制备出粒径为10～20nm 的ZnO 。此种方法具有能量转换效率高、可精确控制的优点。但成本较高,产率低,难以实现工业化生产。 喷雾热解法 喷雾热解法是将锌盐的水溶液经雾化为气溶胶液滴,再经蒸发、干燥、热解、烧结等过程得到产物粒子。Y un Chankang [10]等用此技术合成了纯度较高的纳米ZnO 。该法过程简单,粒度和组成均匀,但粒径较大。113 液相反应法 直接沉淀法 直接沉淀法是以可溶性锌盐与沉淀剂(如NH 3?H 2O ,(NH 4)2C O 3,NaOH 等)直接沉淀后,经过滤、洗涤、干燥、焙烧得纳米ZnO 。靳建华[11]等用直接沉淀法在无水介质所得的纳米ZnO 粒径为6～17nm 。直接沉淀法操作简单易行,对设备、技术要求不高,且成本低,产品纯度高。但由于此反应是沉淀剂与反应物直接接触而沉淀,因此会造成局部浓度不均匀、分散性较差及 第15卷第5期2003年10月 化学研究与应用Chemical Research and Application V ol.15,N o.5 Oct.,2003
纳米氧化锌材料 摘要：综述了纳米氧化锌的性能。描述了纳米氧化锌的制备研究, 随着科技的发展, 许多新的手段引入到了纳米氧化锌的合成工艺中弥补相互之间的不足。 关键词：纳米氧化锌,性能,制备,应用 1.纳米氧化锌的性能 1.1紫外线屏蔽 在整个紫外光区( 200~ 400 nm) ,氧化锌对光的吸收能力比氧化钛强。纳米氧化锌的有效作用时间长, 对紫外屏蔽的波段长, 对长波紫外线和中波紫外线均有屏蔽作用, 能透过可见光, 有很高的化学稳定性和热稳定性。它可用于制备抗紫外线、耐光老化性能好的涂料及其它的高分子材料。在乳胶漆中使用纳米氧化锌可以增大乳胶漆对紫外线辐射的抵抗力, 减弱乳胶漆对潮湿环境条件的敏感性,提高耐老化性。同时,氧化锌能够散射光线,使乳胶漆的遮盖力得到一定程度的改善。1.2补强性 一般的无机填料填充于聚合物中时具有如下缺点: 使用量大, 不能兼顾刚性、耐热性、尺寸稳定性和韧性同时提高。而在聚合物中添加少量的纳米粒子, 就可以使基体树脂的力学性能( 拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、断裂伸长率等) 得到显著的提高, 并克服了以上提及的一般无机材料的缺点。 1.3抗菌、除臭性 氧化锌是传统无机抗菌材料, 在与细菌接触时, 锌离子缓慢释放出来。由于锌离子具有氧化还原性, 它能与细胞膜及膜蛋白结合, 并与其结构中有机物的巯基、羧基、羟基反应, 破坏其结构, 进入细胞后破坏电子传递系统的酶, 并与- SH 基反应, 达到抗菌的目的。在杀灭细菌之后, 锌离子可以从细胞内游离出来, 重复上述过程。氧化锌纳米粉末因为粒径小, 表面原子数量大大超过传统粒子, 表面原子由于缺少邻近的配位原子而具有很高的能量, 所以可增强氧化锌的亲和力, 提高抗菌效率。 1.4阻燃性 氧化锌可作为一种阻燃增效剂。它多数是和其它的增效剂或阻燃剂协同使用, 其增效作用与硼酸锌类似。ZnO 一般可作为PVC 的紫外吸收剂, 但其对PVC 的热稳定性有不利的影响, 因此在配方中一般采用的含量不高。在电缆涂层中使用纳米
纳米氧化锌的部分特性 薛元凤051002231 摘要：纳米材料的物理化学性能与其颗粒的形状、尺寸有着密切的关系。因此，单分散纳米材料的制备及其与尺寸相关的性能研究成为近几年人们研究的热点之一。ZnO作为一种宽禁带半导体具有独特的性质，在纳米光电器件、光催化剂、橡胶、陶瓷及化妆品领域有着广阔的应用前景，随着对不同形状的纳米ZnO的制备及其相关的性能研究不断升温，对其应用方面的研究进展不断深入，单分散纳米ZnO材料已经引起了人们越来越广泛的关注。ZnO作为一种宽禁带，高激子结合能的氧化物半导体，以其优越的磁、光、电以及环境敏感等特性而广泛地应用于透明电子元件、UV 光发射器、压电器件、气敏元件以及传感器等领域。ZnO 本身晶格结 构特点决定了在众多的氧化物半导体中是一种晶粒形态最丰富的材料。本文主讲纳米氧化锌紫外屏蔽、光电催化、气敏、磁性等特性，及纳米氧化锌在生活中、工厂作业中的用途。 关键词：紫外屏蔽光电催化气敏导电性磁性 1 引言 随着纳米科学的发展，人类对自然的认识进入到一个新的层次。材料的新性质被逐渐发掘!认识，新的理论模型被提出"著名学者钱学森院士预言：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是二十一世纪的又一次产业革命”。 纳米ZnO具有优异的光、电、磁性能，在当今一些材料研究热点领域表现活跃。与普通ZnO相比，纳米ZnO颗粒尺寸小，微观量子效应显著，展现出许多材料科学家渴望的优异性质，如压电性，荧光性，非迁移性，吸收和散射电磁波能力等。大量科研工作集中于纳米ZnO材料的制备、掺杂和应用等方面。制备均匀、稳定的纳米ZnO是首要任务，获得不同形貌的纳米结构，如纳米球、纳米棒、纳米线、纳米笼、纳米螺旋、纳米环等，将这些新颖的纳米结构材料所具有的独特性能，应用到光电、传导、传感，以及生化等领域，取得了可喜的成绩。世界各国相继大量投入，开发和利用纳米ZnO材料，使其在国防，电子，化工，冶金，航空，生物，医学和环境等方面具发挥更大的作用。 2简介 纳米氧化锌(ZnO)问世于20世纪80年代，其晶体结构为六方晶系P63mc空间群，纤锌矿结构，白色或浅黄色的晶体或粉末，无毒，无臭，系两性氧化物，不溶于水和乙醇，溶解于强酸和强碱，在空气中易吸收二氧化碳和水，尤其是活性氧化锌。
纳米ZnO的制备综述 纳米ZnO的制备综述 引言：纳米ZnO是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，其粒径介于 1~100纳米，又称为超微细ZnO。由于颗粒尺寸的细微化，比表面积急剧增加，使得纳米ZnO产生了其本体块状材料所不具备的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。因而，纳米ZnO在磁、光、电、化学、物理学、敏感性等方面具有一般ZnO产品无法比拟的特殊性能和新用途，在橡胶、涂料、油墨、颜填料、催化剂、高档化妆品以及医药等领域展示出广阔的应用前景。 关键字：纳米ZnO 性质制备应用 一．纳米ZnO的性能表征 纳米级ZnO的突出特点在于产品粒子为纳米级，同时具有纳米材料和传统ZnO的双重特性。与传统ZnO产品相比，其比表面积大、化学活性高，产品细度、化学纯度和粒子形状可以根据需要进行调整，并且具有光化学效应和较好的遮蔽紫外线性能，其紫外线遮蔽率高达98%；同时，它还具有抗菌抑菌、祛味防酶等
一系列独特性能。 纳米ZnO粒子为球形，粒径分布均匀，平均粒径20~30纳米，所有粒子的粒径均在50纳米以下。纳米ZnO粉体的BET比表面积在35m2/g以上。此外，通过调整制备工艺参数，还可以生产出棒状纳米ZnO。本产品经中国科学院微生物研究所检测鉴定，结果表明，在丰富细菌培养基中，加入0.5%~1%的纳米ZnO，可有效抑制大肠杆菌的生长，抑菌率达99.9%以上。 由于纳米ZnO具有比表面积大和比表面能大等特点，自身易团聚；另一方面，纳米ZnO表面极性较强，在有机介质中不易均匀分散，这就极大地限制了其纳米效应的发挥。因此对纳米ZnO粉体进行分散和表面改性成为纳米材料在基体中应用前必要的处理手段。 二、纳米ZnO的制备方法 制备纳米ZnO材料的方法按物质的原始状态分为固相法、液相法、气相法3类。 2.1 固相法： 固相法是按照一定比例混合金属盐或金属氧化物，并研磨煅烧，使其发生固相反应而直接得到纳米粉末。 （1）将摩尔比1：1的Zn(NO 3) 2 ·6H 2 O和Na 2 CO 3 分别研磨10min，然后再混合研磨 20min，分别用去离子水和乙醇洗涤，80℃下干燥4h，待冷却后研细再置于马弗炉中，加热升温至400℃并保温3h，得到浅黄色纳米ZnO。或将硫酸锌和氢氧化钠按照摩尔比1：2的量置于研钵中，并向其中加入NaCl，研磨40min，完全反应后分别使用蒸馏水和乙醇洗涤2～3次，室温下干燥，得到纳米ZnO样品。 （2）沉淀法 将ZnSO 4 配制成浓度为1．5mol/L的溶液，加热至30～80℃，然后在搅拌下慢 慢滴加l：lNH 3·H 2 O使之生成Zn(OH) 2 胶体，搅拌、陈化。将配制好的(NH 3 ) 2 CO 3 ， (0.5mol/L)溶液慢慢加人到Zn(OH) 2 胶体中不断搅拌，滴加完后继续搅拌反应， 过滤，用去离子水洗涤至无SO 42-(0.1mol/L 的BaCl 2 溶液检定无白色BaSO 4 沉 淀)．将滤饼于100℃下烘干即得到前驱体。将前驱体置于马福炉中，以2℃·min-1的升温速率分别在300℃、400℃、500℃条件下分解，自然冷却，即得到ZnO样品。 2.2 气相法： 气相法是指用气体或将初始原料气态化，从而使其在气态条件下直接产生物理或化学反应，然后经冷却而凝聚为纳米微粒。气相法又可以分为化学气相氧化法、气相反应合成法、化学气相沉积法以及喷雾热分解法等。 （1）化学气相氧化法 化学气相氧化法是指将金属单质或金属化合物蒸发，在气相中被氧化而产生金属氧化物，经冷却后金属氧化物蒸气凝聚为纳米微粒。纳米ZnO粉体的合成是通过单质Zn蒸气在O 2 氛围中被氧化而得到。以高化学纯Zn粉作为原材料，在真空室内采用感应加热的方法将Zn粉原材料融化，原子化的Zn将在水冷壁上凝结为Zn 纳米颗粒，用2kW 级连续CO 2 激光器以输出功率600W进行照射，同时在激光照射过程中，向真空室内引入0.8～1.2kP的空气即可得到ZnO纳米颗粒。
ZnO 纳米结构及其应用 ZnO 是一种II-VI 族宽带隙的半导体材料,相对分子质量为81.37,密度为5.67g/cm 3。ZnO 为纤锌矿的六方晶体结构,晶格点阵常数为a=0.32nm ，c=0.52nm 。直接禁带宽度E g =3.37eV ，激子结合能E b =60meV 。 ZnO 纳米结构很多，有纳米线(棒)，纳米片，纳米带，纳米环等。以一维纳米线（棒）最为常见。 ZnO 纳米线(棒)[1][1]M. Law, L. E. Greene, J. C. Johnson, R. Saykally, and P . D. Yang, Nat. Mater., 4, 455–9 (2005). [2]Zhihong Jing;Jinhua Zhan. Adv. Mater. 2008, 20, 4547–4551 [3]J.G. Wen et al. / Chemical Physics Letters 372 (2003) 717–722 ZnO 纳米片 [2]ZnO 纳米带[3]
ZnO 纳米线的应用 ?光电探测器 ?发光二极管 ?场效应晶体管 ?染料敏化太阳能电池（DSSC）?纳米电动机
光电探测器 光电探测器是指能把光辐射能量转换为一种便于测量的物理量的器件。主要性能参数： a.响应度：单位入射光功率与所产生的平均光电流比，单位为A/W。 S =I ph /P opt b.光开关比(on/off ratio)： on-off ratio=(I light －I dark )/I dark 其中，I light 和I dark 分别为光照射时产生的电流和无光照射时的电流（暗电流） c.恢复时间(recovery time)：撤掉光源时，电流降到暗电流所用的时间。 几种ZnO纳米线基光电探测器及其性能参数： 1.ZnO纳米线担载Au颗粒型[1]： on/off ratio:5×106,recovery time:10 s(λ=350 nm, Power density=1.3 mW/cm2) 2.ZnO 纳米线两端与金属形成肖特基势垒型[2]： on/off ratio:4×105, sensitivity:2.6×103A/W,recovery time:0.28 s(365 nm UV light with intensity 7.6 mW/cm2) 3.graphene/ZnO NW/graphene结构型[3]： on/off ratio:8×102, recovery time:0.5 s(325 nm UV laser with a power density of 100μW/μm2 and at a bias of 2V) [1]Liu et al.,J. Phys. Chem. C 2010, 114, 19835–19839 [2]Cheng et al.,Appl. Phys. Lett. 99, 203105 (2011) [3]Fu et al.,Appl. Phys. Lett. 100, 223114 (2012)
纳米氧化锌表面修饰的研究进展 刘莹1，何领号1，宋锐1,2* (1郑州轻工业学院材料与化学工程学院郑州 450003 2中国科学院研究生院化学与化学化工学院 北京 100049) 摘要本文综述了纳米ZnO表面修饰的最新进展，介绍了几种表面修饰方法，对各种方法的特点、修饰机理进行了归纳，并对修饰后的纳米氧化锌的表征进行简要介绍。 关键词纳米ZnO 表面修饰机理表征 Progress on surface-modification of ZnO nanoparticles Abstract The new development of surface-modification of ZnO nanoparticles is reviewed. The methods of surface-modification as well as their featuers and mechanisms were summarized. The methods of the characterization were also introduced. Key words nano-ZnO, surface-modification, mechanism, characterization 上世纪90年代中期，国际材料会议上提出了纳米微粒(1～100nm)表面工程的新概念。近年来，纳米微粒的表面修饰已形成一个研究领域，通过研究人们不但更深入认识纳米微粒的基本物理效应，而且也扩大了纳米微粒的应用范围。 表面修饰法(又称表面衍生法)，是在无机纳米微粒的表面化学键合或者物理包覆上一层有机(或无机)化合物的方法。利用溶液中金属离子、阴离子和修饰剂的相互作用，在无机纳米层的金属离子或非金属离子表面形成表面修饰层，得到表面修饰的无机物纳米微粒。通过对纳米微粒表面的修饰，可以达到以下目的：1)改善或改变纳米粒子的分散性；2)提高微粒表面活性；3)使微粒表面产生新的物理、化学、机械性能及新的功能；4)改善纳米粒子与其它物质之间的相容性。纳米ZnO粉体的表面修饰就是通过物理方法或化学方法对粒子表面进行处理，有目的地改变微粒表面的物理化学性质。根据修饰剂与粉体表面的作用机理，可将纳米ZnO的修饰方法分为表面物理作用修饰和表面化学反应修饰两大类。 1 表面物理修饰 表面物理修饰是利用修饰剂与纳米ZnO粉体间的物理作用，如吸附、涂敷、包覆等，对其进行表面改性。常用的修饰方法有微乳液法、微胶囊法、复合法等。 1.1微乳液法 利用微乳液中的水核作为“微反应器”来制备改性纳米ZnO，能在ZnO粒子表面包覆一层表面活性剂分子，使粒子间不易团聚，从而达到对超细ZnO改性的目的。通过选择不同的表面活性剂，可对粒子表面进行修饰，并控制微粒的大小。 杨治中等[1]利用不同分子量的聚乙二醇如PEG-200、PEG-400，在特定的胶束浓度范围和介质体系中形成超分子模板, 以之作为“微反应器”，并利用PEG与无机物之间的协同作用，控制模板水核中的水 2007-01-26收稿，2007-04-09接受
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。除了用于同质外延，ZnO晶体
Cryst. Res. Technol. 38, No. 6, 429 – 432 (2003) / DOI 10.1002/crat.200310053 ? 2003 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 0232-1300/03/0606-0429 $ 17.50+.50/0 Asymmetric twinning crystals of Zinc oxide formed in a hydrothermal process HaiYan Xu, Hao Wang*, YongCai Zhang, Shu Wang, ManKang Zhu, Hui Yan The Key Laboratory of Advanced Functional Materials of China Education Ministry, Beijing University of Technology, Beijing 100022, China Received November 14, 2002, revised 10 January 2003, accepted 18 February 2003 Published online 15 June 2003 Key words zinc oxide, hydrothermal method, asymmetric shape. PACS 81.05.Je, 81.10.Dn Well crystallized ZnO powders with various morphologies such as hour glass-shaped, shortened prismatic, flake-like and prismatic form have been synthesized by adopting the system of Zn(Ac)2-KOH-H 2O via a hydrothermal process at 200°C for 2 h. It was found that the as-synthesized hour glass-shaped ZnO crystallites are asymmetric both in shape and stoichiometry: while the atomic ratio of O/(Zn+O) at the bigger end ranges from about 60% to 40% along the polar axis of the hour glass-shaped ZnO crystallites, the atomic ratio of O/(Zn+O) at the smaller end remains almost constant at approximately 50%. 1 Introduction Zinc oxide (ZnO), as a wide band gap (3.37 eV) semiconductor with a large exciton binding energy (60 eV), has been extensively investigated due to its promising applications in short-wavelength light-emitting, transparent conductor, piezoelectric materials and room temperature ultraviolet lasing [1]. So far, several preparation procedures including sol-gel method [2], evaporative decomposition of solution [3], wet chemical synthesis [4], gas-phase reaction [5] and hydrothermal synthesis [6, 7], etc. have been developed to obtain ZnO crystallites. A variety of morphologies such as prismatic forms [8], ellipsoidal [9], bi-pyramidal and dumbbell-like [10], nanorods [11], nanowires [12] and spheres [13] have been synthesized during the last decade, and the growth mechanisms of ZnO crystallites with different shapes have also been discussed. In this study, well crystallized ZnO powders with various morphologies such as twinning hour glass-shaped, shortened prismatic, flake-like and prismatic form were synthesized by adopting the system of Zn(Ac)2-KOH-H 2O via a hydrothermal process. We found an interesting phenomenon in the as-synthesized hour glass-shaped ZnO crystallites: the two part are asymmetric both in shape and stoichiometry: the atomic ratio of O/ (Zn+O) at the bigger end ranges from about 60% to 40% along the polar axis of the hour glass-shaped ZnO crystallites, while the atomic ratio of O/ (Zn+O) at the smaller end remains almost unchanged at approximately 50%. 2 Experimental Section In a typical process, mixed aqueous solution of 6.5 ml Zn(CH 3COO)2 (1 mol/l) and 26 ml KOH (0.25-2.00 mol/l) was transferred into a 50 ml Teflon-lined autoclave and heated at 200 o C for 2 hours. The as-formed white precipitate was collected and washed several times with deionized water, then dried at 80 o C. ____________________ * Corresponding author: e-mail: haowang@https://www.doczj.com/doc/2411152795.html,