ZAO基底水热法制备ZnO纳米阵列及其形貌特征

水热生长直立均匀 zno 纳米棒阵列的影响因素水热生长直立均匀 ZnO 纳米棒阵列的影响因素一、引言水热法是一种简单且有效的方法，用于合成直立均匀的 ZnO 纳米棒阵列。

这种方法不仅能够制备出具有优良性能的纳米材料，而且还在能源、光电、催化等领域具有广泛的应用。

了解影响水热生长直立均匀ZnO 纳米棒阵列的因素，对于优化合成策略、提高纳米材料的性能具有重要意义。

本文将从表面处理、反应条件、溶液浓度和衬底选择等方面，探讨影响水热生长直立均匀 ZnO 纳米棒阵列的因素。

二、表面处理表面处理是实现直立均匀 ZnO 纳米棒阵列生长的关键步骤之一。

在水热法合成过程中，通过表面处理可以改变衬底表面的性质，从而对纳米棒的生长行为产生影响。

常用的表面处理方法包括使用酸洗、其它表面活化剂等。

这些表面处理方法可以去除衬底表面的杂质和缺陷，提高纳米棒的生长均匀性。

三、反应条件反应条件是影响水热生长 ZnO 纳米棒阵列的重要因素之一。

合适的温度和反应时间可以促进纳米棒的生长，并控制其生长方向和尺寸。

通常情况下，较高的反应温度和较长的反应时间有利于纳米棒的纵向生长，而较低的反应温度和较短的反应时间则可以促使纳米棒的横向生长。

适当的溶液浓度和 PH 值也对纳米棒的生长具有重要影响。

四、溶液浓度溶液浓度是影响水热生长 ZnO 纳米棒阵列的重要因素之一。

溶液浓度的增加可以提高纳米棒的密度和尺寸，并且可以增加纳米棒的生长速率。

然而，当溶液浓度过高时，会导致纳米棒之间的相互作用增强，从而影响纳米棒的均匀生长。

在水热法合成 ZnO 纳米棒阵列时，需平衡溶液浓度和均匀性之间的关系，选择适当的浓度，以实现均匀的生长。

五、衬底选择衬底的选择对于实现水热生长直立均匀 ZnO 纳米棒阵列也有重要影响。

合适的衬底可以提供足够的成核点，促使纳米棒的生长。

常用的衬底材料包括硅片、玻璃基片等。

选择不同的衬底材料，可以调控纳米棒的生长方向和排列密度，从而实现不同的纳米棒阵列结构。

不同形貌的分级结构氧化锌制备氧化锌( ZnO) 是一种应用广泛的半导体材料. 纳米 ZnO 具有优异的光电特性,在非线性光学材料、量子尺寸半导体、生物和光催化等领域具有广阔的应用前景,已引起研究者的广泛关注.在纳米材料的发展与应用中,有关材料设计和制备方法的创新一直是科学家们关注的热点,主要体现在反应源、表面活性剂或模板剂和制备方法这 3 个方面. 其中后两者的发展迅速,尤其是制备方法不断创新,诸如微波法、水热法、电化学法、气相沉积法和固相反应法等,且各有特点. 近年来,离子液体( IL) 作为新型的绿色溶剂越来越多地被用在微纳米材料的制备中. 在纳米材料的形貌可控制备中,研究者不再局限于使用常规的化合物作为反应源,而是着手设计新的或功能化的物质来作为反应源,如本课题组[18,19]以[BMIM][Cd( SCN)3]和[BMIM]SCN 离子液体作为反应源制备CdSe 和CuSCN 微球. 此外,Zhang 等采用 DAP( 二氨基丙烷) 和柠檬酸钠作为结构导向剂,研究了不同分级结构 ZnO 的晶体生长动力学,发现2 种导向剂用量对 ZnO形貌的影响很大,在 ZnO 晶体生长过程中,DAP 优先吸附在棒状 ZnO 的柱面,导致棒状 ZnO 晶体沿( 001) 面生长,而柠檬酸钠则优先吸附在 ZnO 的( 001) 面. Zhang 等还探究了乙二胺和丁烷对 ZnO 形貌的调控作用. 众所周知,当晶面吸附了有机小分子或无机离子时,会阻碍晶面的进一步生长,从而得到不同形貌的晶体. 然而,晶体的不同晶面又具有各自独特的性能,通过选择不同的有机小分子或无机离子来选择优先生长的晶面,可起到形貌调控的作用.对于氧化锌的制备,大多数研究工作是以常见的单一锌盐为锌源. 我们认为,锌源作为制备氧化锌的最主要原料,对氧化锌最终的形貌有较大的影响. 本文以单一和混合锌盐为锌源,氢氧化钠为沉淀剂,丙氨酸和离子液( IL) 为表面活性剂,通过水热法制备了不同形貌的分级结构氧化锌,并表征了样品的结构和形貌,探讨了锌源( 单锌盐、混合双锌盐及三锌盐) 、离子液体种类及用量、丙氨酸用量和温度等变量对产物形貌的影响,推测了在阴离子对样品形貌的调控作用.1、实验部分1. 1 试剂Zn( CH3COO2)2·2H2O,ZnSO4·7H2O,ZnCl2·2H2O,Zn( NO3)2·2H2O,NaOH,C3H7NO2和C2H5OH 均为分析纯试剂,购于国药集团化学试剂有限公司. 1-正丁基-3-甲基咪唑氯盐( [BMIM]Cl) 、溴盐( [BMIM]Br) 及氢氧化物( [BMIM]OH) 离子液体和二次蒸馏水为实验室自制.1. 2 氧化锌样品的制备按文献[22,23]方法制备[BMIM]Cl,[BMIM]Br 和[BMIM]OH 离子液体.采用水热法制备空竹( 哑铃) 状分级结构氧化锌,其具体步骤如下: 准确称取硫酸锌、醋酸锌和氯化锌各 1 mmol,加入到 25 mL 溶有 2 mmol[BMIM]Cl 的溶液中,搅拌,形成白色浑浊液. 向该浑浊液中加入 2 mmol 丙氨酸,搅拌至澄清透明,然后加入 6 mmol 氢氧化钠,搅拌 10 min 后得到白色胶状浑浊液. 将此浑浊液转移至50 mL 反应釜中,于160 ℃恒温16 h 后自然冷却至室温,过滤得到白色沉淀;60 ℃ 真空干燥该沉淀至恒重即得 ZnO 样品. 固定其它条件不变,分别改变锌源( 单组分、双组分和三组分) 、离子液体种类及用量、丙氨酸用量和温度等条件制备出一系列不同形貌的 ZnO 样品.1. 3 样品的表征用 Philps-PW3040/60 型 X 射线衍射仪分析样品的物相结构,Cu Kα辐射( λ =0. 154056 nm) ,工作电压为 40 kV,工作电流为 40 mA,扫描 2θ范围20° ~ 80°; 采用 Hitachi S-4800 型电子扫描显微镜( SEM) 观测样品的颗粒尺寸和微观形貌,操作电压为 50 kV; 用 Nicolet Nexus-670 红外光谱仪( KBr 压片,扫描范围 400 ~4000 cm- 1) 记录样品的红外光谱; 用 Shmadzu UV-2501PC 型紫外-可见分光光度计记录样品的紫外-可见漫反射光谱来研究其对甲基橙溶液的光催化降解性能.1. 4 光催化实验取两份浓度为 12 mg/L 的甲基橙溶液 100 mL,分别加入 3 mmol 于160 ℃和120 ℃下制备的氧化锌样品,搅拌形成悬浮体系. 在 3 支功率为 8W 的紫外灯照射下进行光催化降解实验,每隔 10 min 分别取样,经离心分离后取清液并用紫外分光光度计在最大吸收波长( 468 nm) 处测定其吸光度.2、结果与讨论2. 1 物相分析图 1 为空竹状 ZnO 样品的 XRD 谱图,图中强而锐的衍射峰表明该样品具有良好的结晶性能. 所有衍射峰都与六方相结构 ZnO 的标准谱( JCPDS No.36-1451) 吻合,并可归属为( 100) ,( 002) ,( 101) ,( 102) ,( 110) ,( 103) 等晶面. 图中未观察到杂质的衍射峰,说明本实验合成的 ZnO 具有很高的纯度.2． 2 红外光谱分析空竹状 ZnO 样品的红外光谱如图2 所示．图中485 cm－ 1处的谱峰被指认为 ZnO 的特征吸收; 3432cm－ 1处为—OH 或 H2O 的强吸收峰，2918 和2844 cm－ 1附近的吸收峰是由 C—H 伸缩振动所致，1094cm－ 1处为 C—O伸缩振动吸收峰; 1636 和 1384 cm－ 1处分别为 COO－反对称和对称伸缩振动峰，表明ZnO 表面的 Zn2 +可能与溶液中的有机酸形成了配位键，也可能是其表面通过范德华力吸附了有机酸．2． 3 形貌分析。

《ZnO纳米材料的水热法制备及丙酮气敏性能优化研究》一、引言随着纳米科技的飞速发展，氧化锌（ZnO）纳米材料因其独特的物理和化学性质，在传感器、催化剂、太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。

其中，ZnO纳米材料的气敏性能在气体传感器领域尤为引人关注。

本文将重点研究ZnO纳米材料的水热法制备工艺及其在丙酮气体检测中的应用，并探讨其性能的优化方法。

二、ZnO纳米材料的水热法制备1. 材料与方法水热法是一种制备纳米材料的有效方法，具有操作简单、成本低、产物纯度高等优点。

本实验采用水热法，以硝酸锌和氢氧化钠为原料，通过调节反应温度、时间、pH值等参数，制备ZnO 纳米材料。

2. 制备过程（1）将一定浓度的硝酸锌溶液与氢氧化钠溶液混合，调节pH值；（2）将混合溶液转移至反应釜中，在一定温度下进行水热反应；（3）反应结束后，将产物进行离心、洗涤、干燥等处理，得到ZnO纳米材料。

3. 结果与讨论通过水热法成功制备了ZnO纳米材料，并对其形貌、结构、粒径等进行了表征。

实验结果表明，通过调整反应条件，可以有效地控制ZnO纳米材料的形貌和粒径。

同时，还探讨了水热法制备ZnO纳米材料的生长机制。

三、丙酮气敏性能研究1. 实验原理ZnO纳米材料对丙酮气体具有较好的气敏性能，其工作原理是基于表面吸附和脱附过程。

当丙酮气体吸附在ZnO表面时，会引起材料电阻的变化，从而实现对丙酮气体的检测。

2. 实验方法将制备的ZnO纳米材料制成气敏传感器，在一定的温度和湿度条件下，对不同浓度的丙酮气体进行检测，记录传感器的电阻变化。

3. 结果与讨论实验结果表明，ZnO纳米材料对丙酮气体具有较好的气敏性能。

通过优化制备工艺和传感器工作条件，可以进一步提高其气敏性能。

同时，还探讨了ZnO纳米材料气敏性能的机理和影响因素。

四、气敏性能优化研究1. 优化方法为了进一步提高ZnO纳米材料的气敏性能，本实验采用了表面修饰、掺杂等方法对材料进行优化。

通过在ZnO表面修饰贵金属纳米颗粒或掺杂其他元素，可以改善其表面吸附和脱附过程，从而提高气敏性能。

《ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性研究》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展，ZnO纳米材料因其独特的物理和化学性质，在传感器、光电器件、生物医药等多个领域具有广泛应用。

其中，ZnO纳米线阵列作为一种典型的纳米结构，其可控制备与性能研究成为了当前研究的热点。

本文将重点探讨ZnO纳米线阵列的可控制备方法及其在气敏性方面的应用研究。

二、ZnO纳米线阵列的可控制备1. 制备方法ZnO纳米线阵列的制备方法主要包括化学气相沉积法、水热法、溶胶-凝胶法等。

其中，化学气相沉积法因其制备过程简单、成本低廉、易于大规模生产等优点，成为了一种常用的制备方法。

在化学气相沉积法中，首先需要制备ZnO的前驱体溶液，然后将基底置于反应室中，通过加热、催化等手段使前驱体溶液在基底上生长成为ZnO纳米线阵列。

此外，通过调节反应参数如温度、压力、气氛等，可以实现ZnO纳米线阵列的形貌和尺寸的可控制备。

2. 可控制备技术为了实现ZnO纳米线阵列的可控制备，需要掌握一系列的制备技术。

首先，要选择合适的基底材料和前驱体溶液，以确保ZnO纳米线的生长质量和均匀性。

其次，要控制反应参数，如温度、压力、气氛等，以实现ZnO纳米线阵列的形貌和尺寸的可控。

此外，还需要对制备过程进行优化，如通过添加催化剂、调节反应时间等手段，进一步提高ZnO纳米线阵列的制备质量和效率。

三、气敏性研究1. 气敏性原理ZnO纳米线阵列具有优异的气敏性能，其原理主要与其表面吸附氧和目标气体分子的相互作用有关。

当目标气体分子与吸附在ZnO表面的氧发生反应时，会导致ZnO的电阻发生变化，从而实现对目标气体的检测。

此外，ZnO纳米线阵列的高比表面积和良好的电子传输性能也有助于提高其气敏性能。

2. 气敏性应用ZnO纳米线阵列在气敏性方面具有广泛的应用前景。

例如，可以用于检测空气中的有害气体如甲醛、苯等；也可以用于检测可燃气体如甲烷、氢气等；此外，还可以用于生物传感器的制备，如检测生物分子的浓度和活性等。

《ZnO纳米材料的水热法制备及丙酮气敏性能优化研究》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展，氧化锌（ZnO）纳米材料因其独特的物理和化学性质，在光电子器件、传感器、催化剂等领域展现出广泛的应用前景。

ZnO纳米材料的气敏性能对于气体检测、环境监测和安全防护等领域具有极高的应用价值。

本文将详细介绍ZnO纳米材料的水热法制备工艺及其在丙酮气敏性能的优化研究。

二、ZnO纳米材料的水热法制备1. 材料与试剂制备ZnO纳米材料所需的主要材料和试剂包括：锌盐（如硝酸锌）、碱（如氢氧化钠）、去离子水以及表面活性剂等。

2. 制备方法水热法是一种制备ZnO纳米材料的常用方法。

具体步骤如下：（1）将一定浓度的锌盐溶液与碱溶液混合，调节pH值；（2）加入表面活性剂，以控制ZnO纳米颗粒的形貌和尺寸；（3）将混合液转移至反应釜中，加热并保持一定时间；（4）反应结束后，冷却、离心、洗涤，得到ZnO纳米材料。

3. 制备工艺优化通过调整反应物的浓度、pH值、反应温度和时间等参数，可以优化ZnO纳米材料的制备工艺，提高其产率和质量。

三、丙酮气敏性能优化研究1. 丙酮气敏性能测试采用气敏传感器对制备的ZnO纳米材料进行丙酮气敏性能测试。

通过测量传感器在不同浓度丙酮气体下的电阻变化，评估其气敏性能。

2. 性能优化措施（1）材料改性：通过掺杂其他元素或采用复合材料的方法，提高ZnO纳米材料的气敏性能。

（2）表面修饰：利用表面活性剂或生物分子对ZnO纳米材料进行表面修饰，提高其与丙酮气体的相互作用，从而提高气敏性能。

（3）结构优化：通过调整ZnO纳米材料的形貌、尺寸和结晶度等，优化其气敏性能。

3. 优化效果分析通过对比优化前后的气敏性能测试结果，分析优化措施对ZnO纳米材料气敏性能的影响。

结果表明，经过优化后的ZnO纳米材料在丙酮气体检测方面表现出更高的灵敏度、更低的工作温度和更好的选择性。

四、结论本文研究了ZnO纳米材料的水热法制备工艺及其在丙酮气敏性能的优化研究。

《ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性研究》篇一一、引言随着纳米科技的快速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质在众多领域中展现出巨大的应用潜力。

其中，氧化锌（ZnO）纳米线因其高比表面积、良好的电子传输性能和优异的化学稳定性，在传感器、光电器件、生物医学等领域有着广泛的应用。

本文将重点研究ZnO纳米线阵列的可控制备技术及其在气敏性方面的应用。

二、ZnO纳米线阵列的可控制备1. 材料选择与制备方法ZnO纳米线阵列的制备主要采用化学气相沉积法。

首先，选择适当的锌源和氧源，如锌粉和氧气，然后通过高温反应生成ZnO纳米线。

通过控制反应温度、压力、反应时间等参数，可实现ZnO纳米线阵列的可控制备。

2. 制备过程中的关键因素在制备ZnO纳米线阵列的过程中，关键因素包括反应温度、反应时间和反应物的浓度。

反应温度过高或过低都会影响ZnO纳米线的生长质量和产率。

反应时间过短可能导致纳米线生长不完整，而过长则可能导致纳米线过粗，影响其性能。

反应物的浓度则直接影响到纳米线的密度和尺寸。

三、气敏性研究1. 气敏性原理ZnO纳米线具有优异的气敏性能，能够对外界气体浓度进行快速响应。

当气体分子吸附在ZnO纳米线表面时，会引起其电阻发生变化，从而实现对气体浓度的检测。

2. 实验设计与实施为了研究ZnO纳米线阵列的气敏性能，我们设计了不同浓度的气体实验。

首先，将制备好的ZnO纳米线阵列置于不同浓度的目标气体中，然后测量其电阻变化。

通过对比不同浓度气体下的电阻变化情况，评估ZnO纳米线阵列的气敏性能。

3. 结果与讨论实验结果表明，ZnO纳米线阵列对不同气体具有不同的响应特性。

在低浓度下，其对某些气体的响应更为敏感。

此外，通过改变反应条件，可以调整ZnO纳米线的尺寸和密度，从而优化其气敏性能。

同时，我们还发现ZnO纳米线阵列的气敏性能与其表面缺陷密切相关，适当增加表面缺陷可以提高其气敏性能。

四、结论与展望本文研究了ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性能。

收稿日期：2013－01－12*基金项目：浙江省大学生科技创新项目资助（2012Ｒ428009）水热合成法制备ZnO 纳米棒有序阵列薄膜*陶李洋，钟文武，刘彦平，徐佳鑫，唐苑菁，吴严婵，孙佳焕（台州学院物理与电子工程学院，浙江台州318000）摘要：采用水热合成法在预先生长的ZnO 种子层的玻璃衬底上制备出ZnO 纳米棒有序阵列薄膜。

通过X 射线衍射、扫描电镜、透射电镜和选区电子衍射分析表明：所制备的薄膜由垂直于ZnO 种子层的纳米棒组成，呈单晶六角纤锌矿ZnO 结构，且沿［001］方向择优生长，纳米棒的平均直径和长度分别为10．0nm 和3．3μm 。

关键词：ZnO ，纳米棒，水热合成，薄膜中图分类号：TB 321Preparation of ZnO Nanorod Ordered ArrayThin Films by Hydrothermal MethodTAO Li-yang ，ZHONG Wen-wu ，LIU Yan-ping ，XU Jia-xing ，TANG Yuan-jing ，WU Yan-chan ，SUN Jia-huan（Department of Physics ，Taizhou University ，Taizhou 318000，Zhejiang ，China ）Abstract ：ZnO nanorod ordered array thin films have been deposited on glass substrate with ZnO seed layer by hydrothermal method．The XＲD ，SEM ，TEM ，and SAED results indicate that the thin films consist of nanorods growth vertically oriented with ZnO seed layer ，and the nanorods with average diameter of 10．0nm and length of 3．3μm consist of single crystalline wurtzite ZnO crystal and growth along ［001］direction．Key words ：ZnO ，nanorod ，hydrothermal method ，film氧化锌（ZnO ）是一种六角纤锌矿结构的化合物半导体材料，室温下禁带宽度约为3．37eV ，激子结合能约为60meV［1－3］。

ZnO论文：锌片直接水热腐蚀法制备氧化锌纳米结构及其发光性质研究【中文摘要】ZnO是一种新型的II-VI族直接带隙宽禁带半导体材料,ZnO纳米材料兼具纳米材料特性和半导体材料两方面的独特性质,在液晶显示器、太阳能电池、功能纤维、污水处理、光催化和紫外发光器件等领域表现出潜在的应用前景。

最近几十年来,关于ZnO 纳米材料,在制备方面的研究已取得了巨大的进步,但仍存在很多问题需要解决。

目前,ZnO纳米材料的形貌和微结构的有效控制及其光学性质的调控是研究人员关注的热点。

本文主要以ZnO纳米结构的形貌调控和发光性质为研究对象,采用水热法在低温、无污染的情况下制备出ZnO纳米棒、纳米片、纳米管、纳米铅笔和纳米花,并研究了影响ZnO纳米结构形貌、结构和性能的一些相关因素,主要包括反应温度、反应时间等。

最后,我们用X射线粉末衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对所制备出的不同形貌纳米ZnO进行表征并用荧光光谱仪探讨了纳米ZnO的发光特性。

本论文的主要研究内容归纳如下：1、发展了一种简单方便低能耗的ZnO纳米结构合成手段：仅仅以水和Zn片为原料,在不使用任何表面活性剂的前提下,获得了形貌可控的ZnO纳米材料,包括纳米棒、纳米铅笔、纳米管和纳米花。

结果表明ZnO为六角纤锌矿结构,且反应时间和反应温度对其结晶质量和形貌起着关键作用。

室温下样品PL谱在392nm附近有一个很强的紫外发光峰和532nm附近的一个相对较弱的绿光峰。

此外,部分样品还被观测到一个中心波长在473nm的蓝光的发光峰。

2、采用水热腐蚀的方法获得了一种PVP/ZnO复合纳米结构：在使用PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)作为表面活性剂,采用水热直接腐蚀Zn片方法,制备出了纳米片状的ZnO结构,所得样品仍是六角纤锌矿结构。

其室温下的PL 光谱图中只显示出了一个很强的紫外发光峰,发光中心在380nm处,而没有出现其他的发光峰。

我们推测可能的原因是PVP有助于ZnO纳米结构结晶质量的提高,获得了高质量的无任何缺陷的ZnO纳米结构。