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1.1 纳米材料概述上世纪70年代纳米颗粒材料问世,80年代中期在实验室合成了纳米块体材料,80年代中期以后,成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点。
纳米材料研究的内涵不断的扩大,从最初的纳米颗粒(纳米晶、纳米相、纳米非晶等以及由它们组成的薄膜与块体,到纳米丝、纳米管、微孔和介孔材料(包括凝胶和气凝胶[1]。
纳米微粒的粒径一般在1~100nm,具有粒子尺寸小、比表面积大、表面原子数多、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大等特点,其组成的材料具有量子尺寸效应、表面效应、体积效应和宏观量子隧道效应,不同寻常的电学、磁学、光学和化学活性等特性,已在化工、制药、微电子、环境、能源、材料、军事、医学等领域展示了广泛的应用前景[2]。
1.2 氧化锌(ZnO概述氧化锌(ZnO是一种新型无机化工材料,它既是性能优良的压电、热电和铁电材料,同时也是一种新型的宽禁带半导体材料,被广泛应用于橡胶、染料、油墨、涂料、玻璃、压电陶瓷、气体传感器、图像记录材料、光电子及日用化工等领域,特别是纳米ZnO用于毛织物的后整理,使织物具有抗菌除臭、消毒、抗紫外线的功能,国内外在纳米ZnO制备和应用领域的研究正在不断的加强和深化。
目前己经制备出了多种不同形貌的ZnO一维纳米材料,并在激光、场发射、光波导、非线性光学等领域上有了新的用途[3]。
1.2. 1纳米ZnO的性质纳米氧化锌为白色粉末,其粒子尺寸小,比表面积大,因而它具有明显的表面与界面效应、量子尺寸效应、体积效应和宏观量子遂道效应以及高透明度、高分散性等特点,使其在化学、光学、生物和电学等方面表现出许多独特优异的物理和化学性能。
室温下,ZnO禁带宽度约为3.37eV,是一种新型的宽禁带直接带隙化合物半导体材料。
其激子束缚能高达60meV,在室温下不会全部分解,这意味着ZnO光致发光和受激辐射具有较低的闭值,因而更易在室温下实现高效受激发射。
ZnO被认为是一种更合适的用于室温或更高温度下的紫外光发射材料。
一维ZnO纳米棒传感器的制备及性能研究的开题报告标题：一维ZnO纳米棒传感器的制备及性能研究研究背景和意义：随着科技的不断发展，传感器在生产、军事、医疗、环保等领域的应用越来越广泛。
传感器的灵敏度、选择性和响应速度等重要性能直接影响着其应用效果。
因此，对传感器的制备和性能进行深入研究是十分必要的。
纳米材料因其表面积大、比表面积高、量子效应、界面效应等特征而受到广泛关注。
ZnO纳米棒因其具有良好的光电特性、化学稳定性、易于制备等优点而成为研究热点。
同时，一维ZnO纳米棒的形貌结构可以提高传感器的灵敏度，因此一维ZnO纳米棒作为传感器的材料备受关注。
然而，目前还缺乏一维ZnO纳米棒传感器的制备及性能研究。
本课题旨在研究一维ZnO纳米棒的制备方法和其在气体传感器方面的应用，探讨其传感性能和机理，为传感器的研究和应用提供新思路和方法。
研究内容：1. 利用溶液法、气相沉积法等方法制备一维ZnO纳米棒。
2. 研究一维ZnO纳米棒在空气、氮气、甲醇等气体中的传感性能，探究其灵敏度、选择性、响应时间等性能。
3. 探讨一维ZnO纳米棒传感器的机理，分析其传感行为的原因和影响因素。
研究方法：1. 利用化学合成、物理气相沉积等手段制备一维ZnO纳米棒。
2. 利用电化学工作站、光学显微镜等仪器测试一维ZnO纳米棒的性能。
3. 通过X射线衍射、透射电镜等手段对制备的一维ZnO纳米棒进行表征，分析制备工艺的影响。
预期成果：1. 成功制备出一维ZnO纳米棒，并研究其在不同气体中的传感性能。
2. 深入探讨一维ZnO纳米棒传感器的传感行为机理。
3. 对一维ZnO纳米棒传感器的应用前景进行前瞻性分析。
研究意义：1. 为一维ZnO纳米棒传感器的制备提供新思路和方法，拓宽纳米材料在传感器领域的应用。
2. 为传感器的研究提供基础数据和理论基础。
3. 为制备具有高灵敏度和选择性的传感器提供参考和借鉴。
ZnO纳米材料的合成与应用研究概述：ZnO纳米材料作为一种具有广泛应用前景的半导体材料，其合成与应用研究一直备受关注。
本文旨在探讨ZnO纳米材料的合成方法以及其在各个领域的应用，从而深入了解其在科学研究和工业应用中的潜力。
一、ZnO纳米材料的合成方法1. 水热法合成水热法是一种常用的制备ZnO纳米材料的方法。
它通过调节反应条件和反应时间，可以获得具有不同形貌和尺寸的ZnO纳米颗粒。
水热法合成ZnO纳米材料具有简单、低成本、可扩展性强等优点，因此受到了广泛关注。
2. 溶胶-凝胶法合成溶胶-凝胶法是一种通过溶胶中的化学反应和胶体形成过程制备纳米材料的方法。
在ZnO纳米材料的合成中，可以通过溶胶-凝胶法控制反应条件，如温度、浓度和PH值等，以实现获得具有不同形貌和尺寸的纳米颗粒。
3. 气相法合成气相法是制备ZnO纳米材料的一种常用方法。
它通过将金属有机化合物或金属化合物加热到高温，然后通过氧化反应生成ZnO纳米颗粒。
气相法合成的ZnO纳米材料具有高纯度、高晶度和尺寸可控性好等特点。
二、ZnO纳米材料在光电子领域的应用1. 光催化应用ZnO纳米材料具有优异的光催化性能，可以利用其吸收紫外光的特性来分解有害有机物和杀灭细菌。
因此，ZnO纳米材料被广泛应用于光催化净化空气、水处理和消毒等领域。
2. 光电器件应用由于ZnO纳米材料的特殊电学性质和优异的光电性能，它在光电器件领域具有广泛应用潜力。
例如，ZnO纳米材料可以用于制备光电传感器、光电调制器、太阳能电池等。
三、ZnO纳米材料在生物医学领域的应用1. 抗菌材料ZnO纳米材料具有较高的抗菌性能，可以通过抑制细菌的生长来达到消毒和杀菌的目的。
因此，在生物医学领域，ZnO纳米材料被广泛应用于医疗设备、外科用品和医疗纺织品等。
2. 肿瘤治疗由于ZnO纳米材料的优异光学性质，在肿瘤治疗中可以利用其光热效应。
将ZnO纳米材料注入肿瘤组织，并利用红外激光的吸收来使其产生局部高温，从而实现对肿瘤的治疗。
纳米zno的制备与应用
一、制备方法
1、水溶法：水溶法是制备纳米ZnO的简便方法，可采用连续（水-硝
酸甲酯）、隔离（亚硝酸乙酯或酒精-硝酸甲酯）分步法，在反应液中
向锌溶液添加过量浓硝酸，使溶液pH降低到≤2。
在搅拌条件下使锌溶
液和硝酸发生反应，形成纳米锌硝酸。
在增加浓乙醇或水的添加下硝
酸制备出不同的形貌的纳米ZnO粒子。
2、氧化还原反应：可以将氧化锌与还原剂进行氧化还原反应，从而在
一定pH范围内制备出纳米ZnO粒子，氧化还原反应过程可以由X射
线衍射、扫描电镜等表征分析仪表进行表征。
3、溶液浸渍法：它是把染料溶液，碱金属氢氧化物和无机酸比较平衡
地溶液等介质前加入Zn(II)离子，制备出具有不同形貌的纳米ZnO粒子，此法做法简便。
4、共沉淀法：将酸性和碱性的底物混合，随后向其中加入Zn(II)离子，在碱性底物的碳酸钙、硅酸钙的存在下，再缓缓加入氢氧化钾溶液，ZnO的纳米颗粒会在pH范围内沉淀到底物表面，即可得到纳米ZnO
粒子。
二、应用：
1、电子器件：ZnO纳米粒子具有较高的非线性折射率，此特性使其成
为数码电子器件中的主要组件。
纳米ZnO多晶硅材料具有优异的机械
强度和电磁介质性，因此其在可靠性和耐热性方面特别有利。
2、光学元件：纳米ZnO具有上至真空处的高反射率和强的抗紫外线能
力，因此应用于需要高反射和抗UV的光学元件。
3、量子点：纳米ZnO也被用于制造量子点，量子点具有非常独特的物理特性和电子特性，使其成为生物技术与材料学研究中重要的技术工具。
ZnO纳米线的研究进展摘要：ZnO纳米线是很重要的准一维纳米材料。
本文主要介绍ZnO纳米线的合成、结构分析、特性和应用。
首先，本文讨论了纳米线合成步骤的设计以及分别通过气相和化学生长方法合成纳米线。
其次，本文描述了ZnO纳米线独特的光电性能和气敏特性。
最后，本文对一些使用纳米线制作的新器件和应用进行了跟踪报道，如超灵敏的化学生物纳米传感器，染料太阳能电池，发光二极管，纳米激光器等。
1. 引言在纳米技术领域，最引人注目并且最具代表性的一维纳米结构主要有三种：碳纳米管、硅纳米线和ZnO纳米线/纳米带。
ZnO作为一种优良的纳米材料，已经引起人们很大的兴趣。
ZnO作为一种重要的半导体材料，在光学、光电子学、能源、生物科技等方面有广泛的应用（图1）[1]。
它所展现出的丰富的纳米结构形态，是其它材料无法比拟的。
图1 ZnO特性和应用的概要[1]2. ZnO的晶体结构通常情况下，ZnO具备纤锌矿结构，其晶胞为六角形，空间群为C6mc，晶格常数为a = 0.3296nm，c = 0.52065nm。
O2-和Zn2+构成正四面体单元，整个结构缺乏中心对称。
ZnO的结构可以简单描述为：由O2-和Zn2+构成的正四面体组成的大量交互平面，沿c轴叠加形成的，如图2所示[2]。
图2 ZnO的纤锌矿结构[2]3. ZnO纳米线的合成氧化物纳米结构的合成主要通过高温下的物理气相生长途径和低温下的化学途径。
3.1 VLS生长纳米线可以应用于制作激光器、发光二极管及场效应晶体管。
ZnO纳米线生长需要用到基底和晶体颗粒。
大规模优良的垂直ZnO纳米线阵列最早生长在（1120）晶面取向的蓝宝石基底上，其中用Au纳米颗粒做催化剂[3]。
不像通常的VLS过程，纳米线阵列的生长需要适当的生长速率，因为催化剂需要是熔融态，并且构成合金，从而一步步凝结，最后在蓝宝石表面上完成外延生长。
因此，需要相对较低的生长温度来减小气体浓度。
把ZnO和石墨粉末混合在一起，也就是碳热蒸发，可以把气化温度从1300℃降低到900℃。
一维纳米ZnO的制备及光致发光性质研究的开题报告
题目：一维纳米ZnO的制备及光致发光性质研究
一、研究背景和意义：
纳米材料具有很多优异的性质，例如光学、电学、磁学、力学、化学等方面。
在此之中，一维纳米材料因其特殊的形态结构，表现出与其它纳米材料不同的物性及应用性能。
尤其是纳米ZnO作为一种重要的半导体材料，被广泛应用于光电器件、能源转化、生物医学等领域。
因此，研究如何高效、便捷地制备一维纳米ZnO以及其光致发光性质的研究，具有很大的理论和应用价值。
二、研究内容：
1. 采用水热合成法制备一维纳米ZnO，并通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）
等手段进行形貌和结构表征；
2. 通过X射线衍射（XRD）、Raman光谱等手段表征其结构特征，并探究不同合成条件对ZnO晶体结构的影响；
3. 利用荧光分光光度计研究一维纳米ZnO的光致发光（PL）性质，并探究引起发光的机理和光致发光强度的影响因素；
4. 对一维纳米ZnO的光电性质进行研究，包括外部量子效率、电子传输特性等。
三、研究方法：
参考文献采用文献综述方法，实验方法主要采用水热合成法制备一维纳米ZnO，并通
过SEM、TEM、XRD、Raman光谱、荧光分光光度计等手段对样品进行表征和分析。
四、预期结果：
预计可以高效、便捷地制备出一维纳米ZnO，并对其结构、光致发光性质、光电性质
等进行详细研究和分析。
同时，本研究可以为相关领域提供重要的理论和应用价值。
ZnO纳米材料的制备及其光性能分析ZnO纳米材料的制备及其光性能分析摘要：随着纳米材料的研究和应用逐渐深入，ZnO纳米材料因其优异的光学性质和广泛的应用潜力而备受关注。
本文通过对ZnO纳米材料的制备方法及其光性能的分析，探讨了其在可见光谱范围内的应用前景和潜在问题。
1. 引言ZnO是一种重要的半导体材料，在可见光范围内具有良好的透明性和光学性能。
纳米化技术使ZnO纳米材料的制备更加容易，并且能够调控其形貌和结构，进一步扩展了其应用领域。
本文主要研究了ZnO纳米材料的制备方法和其在光学性能方面的应用。
2. ZnO纳米材料的制备方法2.1 水热法水热法是制备ZnO纳米材料常用的方法之一。
通过在高温高压条件下将Zn源物与反应溶液中的脱水剂反应，在特定的温度、压力和时间下得到纳米级的ZnO颗粒。
这种方法可以控制纳米粒子的形貌和大小。
2.2 氧化法氧化法是将氧化锌粉末进一步破碎并通过化学反应得到纳米级ZnO颗粒的方法。
具体步骤包括溶液制备、沉淀制备和煅烧等。
这种方法制备的ZnO纳米材料通常具有较高的纯度和比表面积。
2.3 等离子体辅助沉积法等离子体辅助沉积法是一种通过等离子体溅射氧化锌薄膜并在退火过程中形成纳米颗粒的方法。
这种方法对制备较大面积的纳米薄膜具有较高的效率和可控性。
3. ZnO纳米材料的光性能分析3.1 光吸收与发射性质ZnO纳米材料在可见光谱范围内具有很好的吸光性能，吸收光谱主要集中在紫外光区域，具有很高的吸收系数。
此外，ZnO纳米材料还表现出良好的荧光性能，其荧光峰位主要在380-420 nm范围内。
3.2 光电导性质由于ZnO纳米材料是一种半导体材料，因此具有良好的光电导性能。
通过引入掺杂元素或修饰表面，可以调控和增强ZnO纳米材料的光电导能力。
这使得ZnO纳米材料在光电器件和太阳能电池等领域有广泛的应用前景。
3.3 光催化性能ZnO纳米材料具有较高的光催化性能，可以在可见光区域内吸收光能并产生电子-空穴对。
一维ZnO纳米材料的制备及其在生物传感领域的应用摘要：一维ZnO纳米材料因其良好的生物兼容性和高等电点，在生物传感器领域具有重要的应用优势和研究价值。
近年来不断涌现的研究结果表明，纳米结构ZnO在力学传感、光学传感、气体传感、生物分子检测或DNA传感方面均具有广阔的应用前景。
本文综述了近年来一维ZnO纳米材料的主流制备方法，并主要介绍了一维ZnO纳米材料在酶传感器、生物蛋白质传感器、场效应管生物传感器等方面的研究进展，探讨了目前相关研究领域存在的主要问题。
关键词：纳米材料ZnO制备生物传感Abstract: a d ZnO nanometer materials because of its good biological compatibility and higher electricity point, in the biological sensor area is important application of advantage and research value. In recent years the emerging the results of the study show that, nanometer ZnO structure in mechanical sensor, optical sensing, gas sensor, biological molecule detection or DNA sensing all has the broad application prospect. This paper reviewed recent ZnO nanometer materials one dimension of the mainstream of the preparation methods, and mainly introduces a d ZnO nanometer material in enzyme sensors, biological proteins sensors, mosfet biosensors research progress, and discusses the relevant research fields are the main problem.Keywords: nanometer ZnO materials preparation biological sensors传感器是一种能间接获知外部世界信息的器件或系统，可用来作为人类感知器官的功能扩展和延伸。
在人类文明进步发展的过程中，传感器逐渐被用于探索人类感官无法直接企及的宏观世界及微观世界领域。
生物传感技术是一门由生物、物理、化学、医学等多种学科互相渗透成长起来的高新科技，无论在科学研究还是工业生产中都起着重要作用，是当代传感技术研究领域最活跃的内容之一。
纳米材料具有许多奇特的性能，如小尺寸效应、宏观量子隧道效应、量子尺寸效应、表面效应等。
近些年来，将纳米材料引入生物传感器中以提高其灵敏度和稳定性成为人们研究的热点。
作为一种重要的宽禁带半导体材料，无论在信息、光电及传感领域ZnO都有着广泛的应用前景。
其在室温下的禁带宽度为 3.37eV，而激子束缚能甚至高达60meV。
专业领域将纳米线和纳米管称为一维纳米结构，研究发现一维Zn0纳米结构具有无毒性、比表面积大、化学稳定性强等优势，在此基础上还具有良好的生物降解性和生物兼容性[1]。
这意味着一维ZnO纳米材料将逐渐从实验室中的基础研究走向应用。
1 一维ZnO纳米材料的制备作为纳米技术的底层基础，纳米材料的制备方法至关重要。
对于一维Zn0纳米材料的制备，目前国内外普遍采用的方法主要为气相法和液相法。
由于一维纳米材料生产取向、形貌及长度一致，又被称为一维纳米列阵结构。
除了拥有纳米基本的单元特性外，它还具有组合而引发的新效应，如量子耦合。
因此，其制备方法与普通纳米材料的制备相比，在完整性及功能性上要求更高。
1.1 气相法气相法是指直接利用气体或其他手段将物质变为气态，使之发生物理或化学反应，最后在冷却过程中凝聚形成纳米微粒的方法。
其中使用较多的为直接热蒸发法、化学气相沉积法和金属有机化学气相沉积法。
直接热蒸发法的原理较为简单：首先高温蒸发源物质使其变为气态，然后利用冷却装置将气体凝结成纳米微粒，最后将纳米微粒有规律的排列生长成一维纳米材料。
利用此方法制备一维Zn0纳米材料具有过程安全、不产生有毒有害物质的优势，但是较难控制其微粒的直径大小。
相比之下，化学气相沉积法由于在过程中涉及到化学变化，因此可通过调节温度、压强、催化剂等参数对一维Zn0纳米材料的形貌、尺寸、取向进行有效控制，使材料的制备过程更加灵活可控[2]。
区别于前两种方法，金属有机化学气相沉积法所采用的反应源为金属有机化合物，无论是对温度的控制还是对反应物的控制都更加精确，利用此方法制备的一维Zn0纳米材料的形态和取向性更好，同时避免了杂质的污染。
但由于该方法的设备昂贵，增加了成本不利于大规模生产。
总而言之，利用气相法制备一维Zn0纳米材料，无论在形貌的控制力上还是对工艺参数的调节上都具有相当的优势，是具有代表性的制备的一维Zn0纳米材料的方法。
1.2 液相法液相法是选择一种或多种可溶性金属盐类，按所制备材料的组成计量配制成溶液，使各元素呈离子或分子态，再通过蒸发、升华、水解等操作，使金属离子均匀沉淀或结晶出来，最后将沉淀或结晶的离子脱水或者加热分解而形成纳米微粒的方法。
对于一维Zn0纳米材料的制备常采用的是水热法、电化学合成法和热分解前驱物法。
水热法是一种采用水或其他溶剂作为介质，在高温高压的环境中发生化学反应，使物质在溶液中结晶为纳米颗粒的方法。
此方法具有条件简单、反应稳定、合成温度偏低的优点，是目前制备高质量一维Zn0纳米材料最常用的方法之一。
电化学合成法是指在导电玻璃、硅片或其他基底上，将锌盐溶液通以恒电流从而沉积Zn0纳米颗粒的过程。
它利用的是氧化还原反应，由于可以调节锌盐溶液的浓度及弱碱程度，从而易于形成所需各种形貌及尺寸的一维Zn0纳米材料。
此方法较具有操作简单、能耗低、过程可靠并且易于自动化管理的优势，是合成一维Zn0纳米材料的一种经济有效的方式。
热分解前驱物法是将固体反应物充分研磨，然后通过加入适量的表面活性剂，在适当的温度和压强下使其分解获得一维纳米阵列。
此方法设备简单便于操作，关键在于表面活性剂的选择和反应条件的控制。
相比于气相法，液相法的主要优势是设备简单、过程安全、制备的纳米列阵取向性好，从而具有相当的产业化前景。
2 一维ZnO纳米材料在生物传感领域的应用使用纳米Zn0制备的生物传感器与一般的生物传感器结构相似，都是由充当转换器的一维Zn0纳米结构和具有分子识别功能的生物敏感膜构成。
我们可以利用其生物兼容性及高的表面体积比制成高灵敏度的生物传感器；此外，还可以利用其纳米线比表面积大、化学稳定性强的优点制成具有特殊功能的生物传感器。
2.1 葡萄糖酶传感器葡萄糖生物传感器一般用于检测葡萄糖的浓度。
决定此传感器性能的关键在于葡萄糖氧化酶生物活性的保持和酶在电极上的固定程度。
一维Zn0纳米材料具有很高的电子传输速率，并且其等电点高于葡萄糖氧化酶的等电点。
因此可通过将葡萄糖氧化酶通过静电作用牢牢的固定在纳米材料的表面。
同时，这种传感器还能够很好保持葡萄糖氧化酶的生物活性，使探测效果更为准确。
Zhang[3]等曾按照此种方法利用Zn0纳米线性阵列固定葡萄糖氧化酶，通过实验测得该传感器的灵敏度高达23.1µAcm-2mM-1，而探测时间仅为5S。
2.2 生物蛋白质传感器众所周知，蛋白质是生命的物质基础。
蛋白质传感器可用于分析蛋白质与其他物质分子间的相互作用，在医学领域具有很重要的地位。
Chen等[4]曾通过电化学合成法在热塑性聚胺酯上生长一维Zn0纳米阵列，并使用二疏基丁二酸对其表面进行修饰，从而使生物蛋白质更好的与Zn0纳米棒结合。
另外，没有采用传统的电化学和染色的检测方法，而是利用光致发光谱检测Zn0与蛋白质分子结合后光学性质的变化，从而对样品的生物性能进行分析。
为了研究电极修饰后的电流响应变化，张成林等[5]制备了以Zn0纳米棒修饰的玻碳电极，通过研究血红蛋白在该电极上的电化学反应过程发现其在修饰后的电极上具有良好的电流相应过程，并且响应电流与样品浓度之间呈现良好的线性关系，如图1所示。
由此可见，一维纳米结构的表面修饰可增加响应电流的强度从而提高传感器的灵敏度。
图1 血红蛋白(HB)在Zn0玻碳电极上的电流响应曲线2.3 场效应晶体管生物传感器场效应晶体管生物传感器是将电子工艺与生物技术相结合的新型传感器。
它主要由感受器和场效应管构成，感受器主要用于分子识别，而场效应管则起着信号转换的作用。
Wang[6]等利用Zn0纳米棒作为感受器的敏感膜，并对其结构进行了改良，将传感器的源极和漏极置于2µm厚的聚甲基丙烯酸甲酯中。
通过检测发现，溶液中的电流渗漏明显降低，从而提高了传感器的灵敏度和稳定性。
此类传感器可用于药物含量的测定及新型药物的开发。
3 结论本文给出了近年来制备一维Zn0纳米材料的主流方法并对其在生物传感领域的应用进行了研究及探索。
结果表明，基于其其良好的生物兼容性及较高的激子束缚能，一维Zn0纳米材料可直接或间接应用于生物传感领域。
引入一维Zn0纳米结构后，传感器的灵敏度、使用时间等各项指标均得到很大提高。
但就目前的研究成果来看，这类传感器的主要监测方法以电化学技术为主，器件的选择性、重复性和可靠性尚须进一步提高。
此外，其测试手段也较为单一，在传统的电化学方法及染色检测法的基础上还可通过光谱分析进行检测。
综上所述，一维Zn0纳米材料在生物传感领域必将具有十分广阔的应用前景。
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