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。

第18卷第1期化　学　研　究V o.l 18　N o .12007年3月CHE M I CA L RESEARCH M ar .2007Zn O 微晶的水热合成及形貌控制研究王　佳,高　峰(辽宁师范大学化学系,辽宁大连116029)收稿日期:2006-10-11.基金项目:国家自然科学基金资助项目(20276012).作者简介:王佳(1974-),女,实验师,主要从事材料研究.E -m ail :jia w ang1974@163.co m.摘　要:以Zn (NH 3)4(A c )2为前驱体,不加任何模板剂和表面活性剂,低温下通过改变反应条件(如前驱体浓度、反应时间及反应温度),实现了对Zn O 微晶形貌和尺度的有效控制.所得花状、蜂窝状、柱状Z n O 用X 射线衍射仪和扫描电镜进行了鉴定和表征,并初步探讨了不同形貌Z n O 微晶的生长机理.关键词:氧化锌;水热合成;形貌控制中图分类号:O 614.2文献标识码:A 文章编号:1008-1011(2007)01-0023-05Synthesis of Shape -cont rolle d Zn O M icrocryst als w it hHydrot her m alM et hodWANG Jia 牞GAO Feng牗Depa rt m e n t of Che m istr y 牞Li aon i ng Nor ma lUn iver sity 牞Da li an 116029牞Li aon i ng 牞Ch i na 牘Abstrac t 牶By using Zn 牗NH 3牘4牗A c 牘2as precurso r牞ZnO m icrocr ystals w ith a seri e s of novel mo r pholo -gies 牞i n cluding fl o w e r -li k e 牞honey co mb -like and co l u m n -like sa m ples 牞w ere successf u ll y synthesized a tlo w hydrothe r m al te m pera t u re .The obta i n ed ZnO w as charac terized by X -r ay diffracti o n 牗XRD 牘andscanning electr on m icroscopy 牗SE M 牘.Results o f characterization sho w t h at r eacti o n conditions 牗inc l u -ding reac tion te m pe r a t u r e 牞precurso r concentrations and reaction ti m e 牘ar e responsible for the variationof Zn O m orpho l o g i e s and size .The possible fo r m ation m echanis m s o f ZnO po wders during the hyd r o -t h er m a l process are proposed.Keywor ds 牶zi n c ox ide 牷hydr o t h er m a l synthesis 牷shape controll 氧化锌是一种具有重要应用价值的半导体材料,广泛应用于橡胶添加剂、气体传感器、紫外线遮蔽材料、变压器和多种光学装置,在场发射显示器、平板显示器工业和纳米发动机方面也具有光明的应用前景[1-2].众所周知,ZnO 的组成结构、尺寸大小和形貌特征等因素对其性质具有决定性的作用,实现ZnO 的应用不仅需要充分发挥其本征性质,还可以通过尺寸和形貌控制对其性质进行调控.为此目的,人们采用了多种液相合成方法,如模板法[3-4]、溶胶-凝胶法[5]、沉淀法[6-7]、微波法[8-9]、水热法[10-11]等,这些方法均可获得某一形貌和尺寸的ZnO ,但更多形貌的ZnO 的制备研究仍然是一个挑战.最近,Jiang 等[12]分别采用片状和棒状的ZnC l 2(N 2H 4)2为前驱体,水热合成了微米棒构筑的花状ZnO 和均匀的ZnO 纳米棒;Xu 等[13]以Zn (CH 3COO )2为原料,分别在纯水、KOH 溶液和氨水中,通过水热反应获得了铅笔状、片状、孪晶等形貌的ZnO 粉末,发现溶剂对控制ZnO 的形貌起着非常重要的作用.本研究工作以Zn (NH 3)4(Ac )2溶液为前驱体,不加任何模板剂、表面活性剂及其它溶剂,通过改变前驱体的浓度、反应温度、反应时间等条件,在水热条件下制备了花状、蜂窝状、柱状等多种形貌的ZnO 微晶,考察了不同反应条件对其形貌的影响,并初步探讨了其可24　化　学　研　究2007年能的形成机理.1　实验部分1.1　水热合成ZnO 的方法称取一定量的分析纯Zn (A c )2 6H 2O 固体溶解于100m L 去离子水中,在充分搅拌条件下缓慢滴加25%的浓氨水,至生成的沉淀恰好消失为止(pH ≈10),得到Zn (NH 3)4(Ac )2前驱体溶液(其浓度认为等于Zn 2+的浓度).将上述溶液转移到150m L 聚四氟乙烯内胆的高压釜中,保持其填充度为80%.在一定的温度下反应一定时间后,自然冷却至室温.收集白色沉淀,并用去离子水反复冲洗以除去吸附的多余离子,于90℃烘箱中干燥以备表征.1.2　样品的表征样品的晶相组成用SH I M ADZU -XRD 6000型X 射线衍射仪表征,粒子形貌用扫描电子显微镜(JEOL JSM -5600L V )观察.2　结果和讨论2.1　ZnO 微晶的X 射线衍射分析由于水热反应过程中体系的温度、反应时间、前驱体浓度等是影响产物的微观结构和形貌的重要因素,我们分别考察了以上实验参数对Zn O 的形貌和尺寸的影响,结果见表1.表1　实验参数及获得的ZnO 微晶的形貌T ab l e 1　M orpho log ies and co rrespond i ng experi m en t a l conditi ons o f Z n O m icrocry sta lsSa mple NoM o rpho l ogy Reaction ti m e /m in Te mpera t ure /℃Concentration of Zn 2+/mol L -11flo w er -like 301200.042flo w er -like 601200.043flo w er -like 1801200.044honeyco mb -li ke 60850.045colu mn -like 601500.046colu mn -like 601200.08 图1给出了上述花状(样品2)、蜂窝状(样品4)、柱状(样品6)ZnO 微晶的XRD 图谱.该图谱与JCPDS 卡片36-1451完全一致,表明产品均为氧化锌,属六方晶系,且没有杂质峰,产品纯度较高.其中a 衍射峰较b 、c 更尖锐,表明样品2粒子结晶性更好.(a )花状ZnO ;(b )蜂窝状ZnO ;(c )柱状ZnO 图1　Z n O 微晶的XRD 谱图F ig .1　XRD pa tterns of Z n O m ic rocry st a ls2.2　ZnO 微晶的形貌和影响因素分析将不同条件下的ZnO 样品于扫描电镜下观察,分析反应时间、前驱体浓度、体系的温度等因素对产物的微观结构和形貌的影响.2.2.1　反应时间的影响0.04m o l L -1Zn (NH 3)4(A c )2溶液在120℃下反应不同时间得到的ZnO 微晶形貌如图2所示.由图可知,所得ZnO 形貌均呈花形,分布比较均匀,花瓣都是多层的且呈锥形.但不同的反应阶段产物形貌和尺寸也有差别.当反应时间为30m in 时,产物已经形成花形,尺寸在3～4μm 范围内;当反应时间增加到60m in 和180m in 时,花形更加完美,尺寸增大到4～6μm.由此可见,延长反应时间对产物形貌、结构没有明显的影响,但产物聚集态(aggrega tion )的尺寸有所增加.晶体形貌与反应时间的关系可以用奥斯特瓦尔德熟化理论(Ost w ald ri p ening )来解释[14],即随着反应时间延长,小颗粒溶解而大颗粒长大,势必导致产物尺寸变大.本实验所得的花形ZnO 与Zn (OH )2-4溶液在180℃反应13h 得到的花形类似,但花瓣形状和层数有较大差异[15];与表面活性剂CTAB 支持下合成的ZnO 比较,花形明显不同[16].总之,本实验的多层花形ZnO 鲜见报道,与其它花形相比,形态新颖,结晶完美;制备过程不需其它添加剂,第1期王佳等:Z n O微晶的水热合成及形貌控制研究25也不需改变溶剂,方法简单;反应时间较多数方法也大大缩短,实验结果可重复,大幅度提高了反应的效率.0.04m ol L-1Zn(NH3)4(Ac)2在120℃反应(a)30m i n;(b)60m in;(c)180m i n图2　不同反应时间所得ZnO微晶的SE M图F i g.2　SE M i m ages o f ZnO m icro crysta ls prepa red w it h differen t reac tion ti m e2.2.2　前驱体浓度的影响实验表明,前驱体浓度对制备的ZnO微晶形貌影响较大.我们保持反应温度为120℃、反应时间为60m in,考察了前驱体Zn(NH3)4(Ac)2浓度对产物形貌和尺寸的影响.随着Zn(NH3)4(A c)2浓度从0.02m o l L-1提高到0.08m ol L-1,ZnO的形貌随之变化,由花形向柱状过渡,尺度也有所变化.当前驱物浓度分别为0.02m o l L-1(图3a)和0.04mo l L-1(图2b),得到的晶体形貌均为花形,花瓣为锥形,花瓣底部尺寸在1μm左右,尖端为200nm左右;浓度提高到0.06m o l L-1时,既有花形又有柱状ZnO生成;当前驱物浓度为0.08mo l L-1时(图3b),得到的是立方柱状ZnO,柱宽度在500nm左右,长度为5μm左右.由以上结果可知,反应物的浓度对产物的尺寸及形貌有重要的影响.保持其它条件不变,前驱体浓度不同,造成晶核成核速度和生长速度不同,从而导致产物形貌和尺寸的变化.在前驱体浓度较小时,晶核生长速度高于成核速度,使得粒子尺寸较大,晶核聚集并生长成花形ZnO;当反应物浓度提高到一定程度时,反应瞬间晶核成核速度较快,其速度明显高于晶核生长速度,锥形ZnO长度进一步生长,形貌也从花形变成柱状.因此,通过改变前驱物的浓度,可实现对产物形貌和尺寸的有效控制.Zn(NH3)4(Ac)2浓度(a)0.02m ol L-1;(b)0.08m ol L-1图3　120℃反应60m in所得ZnO微晶的SE M图F ig.3　SE M i m age s of Z n O m ic rocry st a ls prepared a t120℃fo r60m i n2.2.3　反应温度的影响温度也是影响ZnO微晶形貌的重要因素之一.保持0.04m o l L-1Zn(NH3)4(A c)2溶液在不同温度下反应60m in,85℃时得到的是蜂窝状的ZnO,蜂窝由若干小于500n m的锥形ZnO构筑(图4a);当温度达120℃时,ZnO微晶形状为花状(图4b);当温度升到150℃时,生成长径比约为10∶1的立方柱ZnO(图4c).可见,随着温度的改变,ZnO的形貌发生了很大的变化,这是由于晶核形成速度及晶粒生长速度受温度影响较大.当温度较低时,ZnO晶核生长速度明显高于成核速度,得到蜂窝状ZnO整体尺寸较大;随着温度升高,成核速度明显加快,并且晶核容易聚集在一起,为晶体生长提供足够的空间,于是得到花状ZnO;温度进一步升高,成核速度高于晶核生长速度,大量晶核的生成,使生长过程所提供的溶质相对减少,得到立方柱ZnO,其尺寸也随之减小.本工作中ZnO形貌的变化规律与W ang Zhuo等[17]报道的结果很相似,他们以硝酸锌、26　化　学　研　究2007年硫脲、氯化铵、氨水等为原料,在水溶液中制备定向塔状、花状、管状ZnO 阵列时,发现温度对ZnO 的形貌和定向性有一定的影响.低温时得到了花状ZnO 且定向性有所下降,高温时得到了定向性很好的塔状和管状ZnO 阵列.0.04m ol L -1Zn (NH 3)4(Ac )2,反应60m in ,反应温度(a )85℃;(b )120℃;(c )150℃图4　不同反应温度所得Zn O 微晶的SE M 图F ig .4　SE M i mages o f Z n O m ic rocry st a ls prepared a t diffe rent temperature2.3　ZnO 微晶成核与生长机理的探讨探讨水热法制备超细微晶的形貌特征,应从“晶体结构-晶体形貌-生长时的物化条件”三者关系出发.尽管晶体的习性和形貌主要由晶体的内部结构所决定,但是生长时的物理化学条件却有着重要的影响[18].本文基于以上理论,通过改变反应条件(如反应时间、反应温度及前驱体浓度),实现了对产物形貌和尺度的控制.以Zn (NH 3)4(A c )2为前驱体,随着温度的升高,锌氨络合物分解出氨和Zn 2+.氨水在加热条件下缓慢电离,生成的OH -与Zn 2+反应生成Zn O 晶核.若前驱体浓度较大或反应温度较高,则有利于ZnO 晶核的生成.其过程表示如下.[Zn (NH 3)4]2++4H 2O 4NH 3 H 2O +Zn 2+,NH 3 H 2O NH +4+OH -Zn2++2OH -ZnO +H 2O Zhang 等[13]认为,不同形貌的微晶由晶核逐渐生长而成.成核后的生长受反应条件影响较大,若在生长过程中相互扩散、交换较强,则生成花状、球状等形貌的产物;若晶核相互融合作用较弱,则易形成独立的棱柱及棒状微晶.我们认为,这种“相互作用”与温度、浓度有很大关系,也就是与成核速度和晶体生长速度有很大关系.根据晶粒均相成核理论[10,19],对于溶液中的晶粒生长,单位体积单位时间内形成的晶核数,即成核速率J 可表示为:J 4πR 2c n 2v αexp (-E /k T )exp (-ΔG c /kT )图5　Zn O 微晶的生长过程示意图F ig .5　Schem atic diag ra m o f t he g row t h m echan is m o f Z n O m icrocry sta ls 其中R c 为临界晶核半径,n 为溶质的密度,v 为质点振动频率,α为进入晶核的质点大小,E 为活化能,ΔG c 为形成临界晶核所需要的形成功,k 为玻耳兹曼常数,T 为绝对温度.由以上公式可知,在以溶液为前驱物制备粉体的过程中,加快成核速率有以下两条途径:(1)升高成核时的温度;(2)增大成核时反应物浓度.由此我们提出本实验的反应机理:以Zn (NH 3)4(A c )2为前驱体,首先生成ZnO 晶核,进一步生长成锥形,若前驱物浓度较低或反应温度较低时,生成Zn O 晶核少,成核速率小于晶体生长速率,得到花形或蜂窝形的形貌,尺寸也较大;若增大前驱物浓度或升高温度时,生成大量ZnO 晶核,成核速率大于晶体第1期王佳等:Z n O微晶的水热合成及形貌控制研究27生长速率,锥形ZnO晶核逐渐生长成柱状形貌,产物尺寸较小.此过程可用图5表示[16-17].3　结论以Zn(NH3)4(A c)2为前驱体,制备出了包括花状、柱状、蜂窝状等多种形貌的ZnO微晶.通过控制反应时间、前驱体浓度及反应温度等,实现对成核速率和晶体生长速率的控制,达到对产物形貌和尺度的调控,工艺过程简单,反应效率高.参考文献:[1]Pan Z W,D a i Z R,W ang Z L.N anobe lts o f sem iconducti ng oxides[J].S ci ence,2001,291:1947-1949.[2]W ang Z L,Song J H.P iezoe l ec 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《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。

其中，ZnO纳米材料的气敏性能在气体传感器领域具有重要价值。

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敏性能方面的优化。

二、ZnO纳米材料的水热法制备1. 材料与设备实验所需材料包括：锌盐、碱液、去离子水等。

设备包括：水热反应釜、搅拌器、离心机、烘箱等。

2. 制备方法采用水热法，将锌盐与碱液在去离子水中混合，通过搅拌形成均匀的溶液。

将溶液转移至水热反应釜中，在一定温度和压力下进行反应。

反应完成后，通过离心、洗涤、烘干等步骤得到ZnO纳米材料。

3. 制备工艺优化通过调整反应温度、反应时间、锌盐与碱液的浓度等参数，优化ZnO纳米材料的制备工艺。

实验结果表明，适当的反应温度和反应时间有助于提高ZnO纳米材料的结晶度和形貌。

此外，适当调整锌盐与碱液的浓度可以控制ZnO纳米材料的粒径和形貌。

三、丙酮气敏性能测试及优化1. 丙酮气敏性能测试将制备得到的ZnO纳米材料用于气敏传感器，测试其对丙酮气体的响应性能。

通过改变丙酮气体的浓度，记录传感器的响应值，绘制出响应曲线。

2. 性能优化针对ZnO纳米材料在丙酮气敏性能方面的不足，通过表面修饰、掺杂等方法进行性能优化。

实验结果表明，适当的表面修饰和掺杂可以改善ZnO纳米材料对丙酮气体的敏感度和选择性。

此外，通过调整修饰剂和掺杂物的种类和浓度，可以进一步优化ZnO纳米材料的气敏性能。

四、结果与讨论1. 制备结果通过水热法制备得到的ZnO纳米材料具有较高的结晶度和良好的形貌。

通过调整制备参数，可以得到粒径均匀、分散性好的ZnO纳米材料。

2. 气敏性能分析经过性能优化的ZnO纳米材料在丙酮气敏性能方面表现出显著的改善。

传感器的响应值随丙酮气体浓度的增加而增大，且具有较好的选择性和重复性。

纳米氧化锌的制备方法纳米氧化锌是一种具有广泛应用前景的纳米材料，可以用于光电子器件、生物医学材料、催化剂等领域。

下面将介绍几种制备纳米氧化锌的方法。

1. 水热法制备纳米氧化锌水热法是一种常用的制备纳米氧化锌的方法。

首先，将适量的锌盐（如硫酸锌、氯化锌）和适量的碱（如氢氧化钠、氨水）溶解在水中，得到适当浓度的锌溶液。

然后将此溶液倒入高压釜中，在适当的温度和时间条件下进行水热反应。

反应过程中，控制温度和时间可以调节所得纳米氧化锌的粒径大小。

反应完成后，用离心或其它分离技术将沉淀分离出来，并用纯水洗涤多次，最后在适当的温度下烘干即可。

2. 气相法制备纳米氧化锌气相法是一种高温下制备纳米氧化锌的方法。

常见的气相法包括热蒸发法、沉积法和氧化还原法。

其中，热蒸发法通常将金属锌通过热源加热，蒸发到气相中，然后将蒸发出的锌气与氧气或水蒸气反应生成氧化锌纳米颗粒。

沉积法则是通过将氧化锌前驱体溶解在有机溶剂中，然后通过溶剂蒸发或喷雾法将溶液中的氧化锌沉积在基底上。

氧化还原法是将金属锌与氧气或水蒸气反应生成氧化锌纳米颗粒。

3. 溶胶-凝胶法制备纳米氧化锌溶胶-凝胶法是一种将溶液中的前驱体通过水解和聚合反应形成氧化物凝胶的方法。

具体制备过程包括以下几步：首先，将适量的锌盐在溶剂中溶解，得到锌溶液。

然后添加适量的水解剂和保护剂，使得锌盐分解产生氢氧化键，并形成胶体溶液。

接着，胶体溶液经过酸碱调节，凝胶形成。

最后，将凝胶经过干燥和热处理，得到纳米氧化锌粉末。

4. 其他方法此外，还有一些其它方法可以制备纳米氧化锌，如溶剂热法、微乳液法、物理气相沉积法等。

这些方法也可以得到不同形貌和尺寸的纳米氧化锌材料。

总的来说，纳米氧化锌的制备方法多种多样，可以通过水热法、气相法、溶胶-凝胶法等不同的工艺进行制备。

每种方法都有其特点和适用范围，可以根据具体需求选择合适的制备方法。

纳米氧化锌的制备过程中需要控制反应条件，如温度、时间、pH值等，以获得所需的纳米颗粒大小和形貌。

《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，ZnO纳米材料因其独特的物理和化学性质在诸多领域，如光电、催化、传感器等，都表现出优异的性能。

本文旨在研究ZnO纳米材料的水热法制备工艺，并进一步探讨其丙酮气敏性能的优化。

二、ZnO纳米材料的水热法制备1. 材料与方法ZnO纳米材料的水热法制备主要涉及的是化学法，以锌盐为主要原料，通过控制反应条件（如温度、压力、时间等）来实现ZnO纳米结构的可控合成。

其具体步骤包括：准备原料、配置反应溶液、水热反应、洗涤和干燥等步骤。

2. 结果与讨论通过水热法成功制备出ZnO纳米材料，通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等手段对产物进行表征。

结果表明，制备的ZnO纳米材料具有较高的纯度和良好的结晶度，且形貌规整，尺寸均匀。

三、丙酮气敏性能的优化研究1. 材料与方法为了优化ZnO纳米材料的丙酮气敏性能，我们采用了表面修饰、掺杂等手段。

首先对ZnO纳米材料进行表面修饰，以提高其比表面积和活性；然后通过掺杂其他元素，改善其电子结构和表面化学性质，从而提高其对丙酮气体的敏感度。

2. 结果与讨论经过表面修饰和掺杂处理后，ZnO纳米材料的丙酮气敏性能得到显著提高。

通过气敏传感器测试，我们发现优化后的ZnO纳米材料对丙酮气体的响应速度更快，灵敏度更高。

此外，我们还研究了不同温度、湿度等环境因素对气敏性能的影响，为实际应用提供了有力的参考。

四、结论本文成功制备了ZnO纳米材料，并对其丙酮气敏性能进行了优化研究。

通过水热法，我们得到了形貌规整、尺寸均匀的ZnO 纳米材料；通过表面修饰和掺杂处理，提高了其对丙酮气体的敏感度和响应速度。

此外，我们还研究了环境因素对气敏性能的影响，为实际应用提供了重要的参考。

本研究为ZnO纳米材料在气体传感器领域的应用提供了新的思路和方法，具有重要的科学意义和应用价值。

未来，我们将继续深入研究ZnO纳米材料的制备工艺和气敏性能，以期在更多领域实现应用。