化学气相沉积法制备氧化锌纳米结构的研究进展

《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，纳米材料因其独特的物理和化学性质在众多领域展现出巨大的应用潜力。

其中，氧化锌（ZnO）纳米线因其高表面活性、良好的电子传输性能以及在光电器件、传感器等方面的广泛应用，受到了广泛关注。

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领域的应用研究。

二、ZnO纳米线阵列的可控制备1. 制备方法ZnO纳米线阵列的制备主要采用化学气相沉积法（CVD）。

该方法通过控制反应温度、反应物浓度、生长时间等参数，实现对ZnO纳米线尺寸、形貌和密度的调控。

此外，还可以结合其他物理或化学方法，如溶胶-凝胶法、模板法等，进行复合制备。

2. 制备过程（1）准备工作：准备清洗干净的基底（如硅片、玻璃等），以及所需的反应物（如Zn粉、氧化锌粉末等）。

（2）反应过程：在特定的温度和压力下，将反应物加热至反应温度，通过控制反应时间，使ZnO纳米线在基底上生长。

（3）后处理：反应结束后，对样品进行清洗和干燥处理，以去除残留的反应物和杂质。

三、气敏性研究1. 气敏性原理ZnO纳米线具有较高的表面活性，能够与气体分子发生相互作用，导致其电阻发生变化。

这种变化与气体分子的种类、浓度以及温度等因素有关，从而实现对气体的检测和识别。

2. 实验方法（1）气敏性能测试：通过将ZnO纳米线阵列置于不同浓度的目标气体中，测量其电阻变化，分析其气敏性能。

（2）对比实验：选择其他类型的ZnO纳米材料或传统传感器进行对比实验，以评估ZnO纳米线阵列的优越性。

3. 实验结果与分析（1）结果展示：通过实验测得ZnO纳米线阵列在不同浓度目标气体下的电阻变化曲线。

（2）结果分析：分析ZnO纳米线阵列的气敏性能与气体浓度、温度等因素的关系，探讨其气敏机理。

同时，与对比实验结果进行比较，分析ZnO纳米线阵列的优越性。

四、结论本文研究了ZnO纳米线阵列的可控制备方法及其在气敏性领域的应用。

Vo.l28高等学校化学学报No.4 2007年4月 CHEM I CAL J OURNAL OF CH I NESE UN I VERSI T I E S 768~770[研究快报]化学气相沉积法制备Zn O纳米结构薄膜及其S ERS活性研究阮伟东,王春旭,纪 楠,徐蔚青,赵 冰(吉林大学超分子结构与材料教育部重点实验室,长春130012)关键词 化学气相沉积;表面增强拉曼散射;氧化锌中图分类号 O641 文献标识码 A 文章编号 0251 0790(2007)04 0768 03化学气相沉积(CVD)是合成各种形态ZnO的最有效的方法之一[1].目前认为这种方法主要经历了气固过程或气液固过程,即蒸发源材料在升温过程中汽化,蒸汽在特定的温度、压力和原子气氛条件下沉积到基底上,得到了各种形貌的纳米粒子.有关ZnO纳米材料的光、电和磁等诸多性质研究已经被大量报道,但是以ZnO纳米材料为基底的表面增强拉曼散射(SERS)性质的研究则很少.W en等[2]研究了ZnO的SERS性质.SERS是一种超灵敏检测的方法.一般用电磁场增强和化学增强两种机理解释增强现象.电磁场增强的本质是光引发金属纳米粒子的表面等离子共振(SPR)得到局部增强的电磁场.这种增强仅需要分子物理吸附在金属表面,因此也称物理增强.对于金属,SPR在可见和紫外区.而对大多数半导体,SPR在远离514.5nm (实验所用的激发线)的红外区,因此可以排除SPR增强的可能.化学增强起源于化学吸附后的分子与基底间的电荷转移所增加的分子极性.化学吸附可以用拉曼谱图的峰位和峰强的改变来确证.从ZnO 纳米结构薄膜上得到的探针分子的谱图进行观察,分子信号是以化学吸附的方式增强的.最近,我们研究半导体量子点的SERS活性,得到了CdS,ZnS和Pb3O4纳米粒子上吸附分子的SERS信号[3~5].提供了半导体作为光、电和生物等功能材料的表面和界面信息,同时也为SERS的研究开拓了新的领域.1 实验部分1.1 试剂与仪器 ZnO、活性碳粉均为A.R.级,金溶胶按照经典的Frens方法合成[6],溶胶粒子约为20nm.4 巯基吡啶固体购于美国A ldrich Che m ical Co..石英基片经过Piranha溶液处理.扫描电镜在JSM 6700F场发射扫描电镜上测定.拉曼光谱在R enisha w1000mode l型共聚焦光谱仪上测定,采用氩离子激光器514 5nm激发线.实验使用的CVD管式炉由我们小组独自研发搭建而成,结构见Sche m e1.1.2 实验过程 (1)ZnO纳米结构薄膜的制备:将等量的ZnO固体粉末和活性炭粉末(1~8g)充分混合、研磨,置于CVD管式炉中央作为挥发源.在挥发源后(载气的下游)不同温度区间放置表面分散金纳米粒子的石英片作为沉积产物的基片(将2~3滴10-4m o l/L的金溶胶滴在2.5c m 2.5c m的石英片上自然晾干).实验时控制管式炉内气压小于0.02标准大气压.载气为氩气(或混入少量氧气),流速为400~600scc m.将挥发源处加热到700~850,观察载气下游的基片上膜的沉积情况,适当时间停止加热,保持载气和压力,降温到室温,收集产品.(2)探针分子的吸附:将得到的沉积片浸泡收稿日期:2006 11 23.基金项目:国家自然科学基金(批准号:20473029,20573041)、教育部长江学者和创新团队发展计划(批准号:I RT0422)、教育部优秀人才支持计划和教育部引知计划(批准号:B06009)资助.联系人简介:赵冰(1964年出生),男,博士,教授,博士生导师,从事纳米材料和分子光谱学研究.E m ai:l z h aob@m ai.l jl .c nSch e m e 1 Sch e m atic d iagra m of th e experi m ental apparatu s for the grow th of oxi d es nanostru cturesby the solid vapour phase process在10-3m o l/L 的4 巯基吡啶水溶液中10m i n ,取出,水洗后晾干,用于SERS 测量.2 结果与讨论2.1 沉积膜的电镜分析 图1为所合成的ZnO 纳米线薄膜的SE M 照片.由图1可见,纳米线根部较粗,向上渐细至针尖状,平均截面直径为100nm,长十几微米.F i g .1 SE M i m age s of large sca le m orphol ogy of z i n c oxi d e nano w ires(A )and h igh magn ificati on view(B)图2给出了表面粗糙ZnO 纳米立方体的SE M 照片.由图2可以看出,这种膜结晶不充分,存在大量的缺陷态.形成这种结构的主要原因是气相沉积体系温度梯度大,原子气氛可能经历了骤冷过程,凝华速度快,结晶不充分.Fig .2 SEM i mages of l arge sca l e morpho l ogy of su rface rough z i nc ox i de nanocub es(A )and h igh m agn ificati on view(B)Fig .3 SEM i m ages of l arge scale morphology of z i nc ox i de nanorods(A)and high m agn if i cation view(B )在较少量的挥发源存在和较高的温度区间内,由于原子气氛稀薄,并且在凝结和气化过程中同时存在,缓慢动力学过程可以保证充分的结晶,得到形貌良好、c 轴择优生长的ZnO 纳米柱.图3给出了769 N o .4 阮伟东等:化学气相沉积法制备Zn O 纳米结构薄膜及其SERS 活性研究这种条件下得到的纳米柱膜的SE M 照片.2.2 ZnO 纳米结构薄膜的SERS 活性 SERS 是一种具有广泛应用前景的分析检测手段,SERS 活性基F ig .4 SER S s p ectra of 4 m ercaptopyr i d i n e ad sorbed on Z nO nanocrystal aggregates (a ),Z nO n ano w ires(b )and nor m al Ra m an spectra of bu lk 4 M py po wd er(c )底制备和开发是SERS 研究的重要领域之一[7,8].图4是以所制备的ZnO 纳米结构薄膜为基底,用4巯基吡啶作为探针分子得到的SERS 谱图(图4谱线a 和b )和4 巯基吡啶固体粉末的拉曼光谱(图4谱线c ).谱图的指认可以参考文献[4].吸附后探针分子的1106c m -1峰比其固体粉末的拉曼谱峰显著地增强.它对应于C !S 键伸缩振动耦合的环呼吸模式(X sensiti v e),说明了4 巯基吡啶是以S 原子吸附的.因此,化学增强机理应该是这种增强的合理解释.应该指出,实验中虽然使用了金溶胶滴膜来催化ZnO 的沉积,但是这种滴膜在我们的实验条件下不能得到探针分子的SERS 信号.另外,ZnO 沉积膜厚度是几十微米,金溶胶不能露在表面,所以它对ZnO 纳米结构薄膜的SERS 活性研究的影响可以忽略.图4谱线a 是在表面粗糙的ZnO 纳米立方体上得到的SERS 信号,它在1022c m-1处的信号强度要比在ZnO 纳米线上得到的信号强度(图4谱线b )高一倍.但是1592c m -1附近的峰强几乎一致.在图3所示的结构中没有得到SERS 信号.这种由不同结构导致的不同的增强能力的原因还不清楚,这里仅给出了实验结果.初步推断可能是由于不同的纳米结构中存在不同的缺陷态,化学吸附情况和电荷转移能力不同所致.参 考 文 献[1] W ang Z .L ..J .Phys .C ondens .M atter[J ],2004,16:829!858[2] W en H.,H e T .J .,Xu C.,et al ..M olecu lar Phys i cs [J],1996,88:281!290[3] W ang Y .F .,Sun Z .H.,H u H.L.,et a l ..J .Ra m an Sp ectros c .[J],2007,38(1):34!38[4] W ang Y .F .,Sun Z .H.,W ang Y .X .,e t al ..Spectroch i m i ca Act a ,Part A[J],2006,do:i 10.1016/.j s aa .2006.06.008[5] W ang Yun x i n ,W ang Yan fe,i Gao Y e ,e t al ..Che m.Res .C hinese Un i versiti es[J],2006,22(3):388!389[6] Fren s G..Nature[J],1973,241:20!22[7] G U Ren Ao(顾仁敖),SHEN X i ao Y i ng(沈晓英),LI U Guo Kun(刘国坤),et a l ..Che m.J .Ch i neseUn ivers iti es(高等学校化学学报)[J],2005,26(8):1537!1540[8] CU I Yan(崔颜),GU Ren Ao(顾仁敖).Che m.J .Ch i neseU n i vers ities(高等学校化学学报)[J],2005,26(11):2090!2092Preparati on of Z i nc Oxi de Nanostructure Thi n Fil m s via Che m icalVapour D eposition and Its S ERS A ctivity R esearchRUAN W ei Dong ,WANG Chun Xu ,JI Nan,XU W e i Q ing ,Z HAO B i n g *(K e y Lab for Sup ramo lecular S t ruct ure and M a terials of M inistry of Education ,J ilin Un i vers it y,Changchun 130012,China)Abst ract Z i n c ox ide nanostruct u re th i n fil m s w ere prepared on quartz slides via che m ical vapour deposition (CVD).Various nanostr uctures such as nanorod ,nano w ires and surface rough nanocubes ,could be obtained under carefully tuning experi m ental cond itions .The surface enhanced Ra m an scatteri n g (SERS)character o f t h ese fil m s w as i n vesti g ated by using 4 m ercaptopyridine(4 M PY)as the prob i n g mo lecule .K eywords Che m ical vapour deposition ;Surface enhanced Ra m an scatteri n g ;Zi n c ox ide(Ed .:S ,I)770高等学校化学学报 V o.l 28。

化学气相沉积法制备氧化锌纳米结构的研究进展
宋欢欢;王轩;宋礼;陈露;张永平
【期刊名称】《材料化学前沿》
【年(卷),期】2015(003)002
【摘要】纳米结构氧化锌作为一种新型的半导体材料,在光电和压电器件方面具有广阔的应用前景。

本文针对化学气相沉积的工艺方法,评述了不同的氧化锌纳米结构的相关制备方法,结构形貌及其独特性能,力求详细地概述氧化锌纳米结构研究的最新进展。

针对氧化锌纳米结构的研究现状以及存在问题,展望了未来ZnO纳米材料的研究趋势。

【总页数】21页(P24-44)
【作者】宋欢欢;王轩;宋礼;陈露;张永平
【作者单位】[1]西南大学材料与能源学部,重庆;;[1]西南大学材料与能源学部,重庆;;[1]西南大学材料与能源学部,重庆;;[1]西南大学材料与能源学部,重庆;;[1]西南大学材料与能源学部,重庆
【正文语种】中文
【中图分类】TB3
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化学气相沉积技术的应用案例及研究进展化学气相沉积技术是一种重要的薄膜制备技术，在微电子、光学、生物医学等领域得到了广泛应用。

本文将介绍化学气相沉积技术的基本原理和分类、应用案例及研究进展。

一、基本原理和分类化学气相沉积技术是利用半导体材料与某种气体在高温和高压下进行反应，以获得所需要的材料的薄膜制备技术。

其基本原理在于，将一定比例的气体通过反应釜，使气体在高温和高压的环境下发生化学反应，从而在衬底表面生成所需的薄膜。

化学气相沉积技术分为很多类别，其中流化床反应器CVD方法被广泛应用于半导体材料的制备，主要包括热CVD、LF-CVD、LPCVD、MOCVD等。

其中，热CVD是一种最基本的气相沉积技术，是利用热反应产生活性原子或分子的方法，通常工作在高温高压下，可以沉积纯金属和化合物。

MOCVD在半导体材料生长和光电子器件制备中得到了广泛应用。

二、应用案例化学气相沉积技术广泛应用于微电子、光电、生物医学等领域。

以下将举几个应用案例。

1、微电子化学气相沉积技术在微电子领域的应用主要包括硅片外延生长、电子器件制备、光电子器件制备等方面。

例如，在金属有机化学气相沉积中，能够沉积出高质量的锡酸锶薄膜，这种薄膜可用于蓝色光发射体中，具有很好的光学性能。

2、光电领域光电材料的制备是化学气相沉积技术的另一个重要领域。

氧化锌是一种常用的光电材料，其薄膜可以通过MOCVD等方法沉积。

利用氧化锌薄膜可以制备太阳能电池、光电探测器、柔性显示器等光学器件。

3、生物医学领域化学气相沉积技术在生物医学领域的应用主要包括生物传感器、医学诊断、药物释放等方面。

例如，利用化学气相沉积技术制备铜纳米粒子，可以制作用于疾病治疗的药物纳米粒子。

三、研究进展随着化学气相沉积技术的不断发展和改进，其应用范围也在逐步扩大。

当前，一些研究者正在探索该技术在新领域中的应用，如：利用化学气相沉积制备2D材料、能源领域新材料、减少废弃物等。

同时，在化学气相沉积技术的研究方面也存在诸多挑战：如如何实现快速、低成本、高质量的薄膜制备、如何进行材料的设计和优化等。

ZnO 纳米线及其器件研究进展谌小斑,贺 英,张文飞(上海大学材料科学与工程学院高分子材料系,上海 201800)摘要:介绍了氧化锌(ZnO)纳米线(NW)的性质,总结了ZnO NW 的气相法、液相法、模板生长法、自组装法等制备原理和方法,详细阐述了ZnO NW 基光电、压敏和气敏等纳米器件的研究现状,如在发光二极管、太阳能电池、紫外激光器、纳米发电机、气敏传感器的应用现状。

分析了目前ZnO NW 器件实用化进程中难以解决的p 型掺杂等方面的问题及其在荧光探针、稀磁半导体材料和自旋电子器件等方面的研究和应用趋势,指出今后的研究及发展方向主要将集中在ZnO 缺陷形成及作用机理的研究,ZnO NW 荧光探针的制备及其在生物医学上的应用,不同结构的ZnO 超晶格和多量子阱的制备及其在自旋电子器件中的应用。

关键词:氧化锌纳米线;纳米器件;光电器件;压敏器件;气敏器件中图分类号:TN 304.21;T N 303 文献标识码:A 文章编号:1671-4776(2008)10-0590-07Progress in ZnO Nanowire and NanodeviceChen Xiao ban,H e Ying,Zhang Wenfei(D ep ar tment of Poly mer M ater ial,S chool of M ater ial S cience andEngineer ing,S hang hai Univ er sity ,Shanghai 201800,China)Abstract:T he pro perties of ZnO nanow ir e (NW )are intr oduced,and the principles and methods of preparing ZnO nanow ires are review ed,including v apor method,liquid method,template grow th m ethod,self -assemble method and so on.The statues of optoelectronic devices,pr es -sur e -sensitiv e devices and g as -sensitive devices based ZnO N W are described in detail,such as light -emitting dio de (LED),solar cell,ultr av io let laser,nano generator and gas senso r.The difficulties resolved in practical application of ZnO NW devices,such as doped p -type ZnO,are analyzed.T he tendencies of fluo rescent pro be,diluted m ag netic sem iconductor mater ials and quantum spin devices based ZnO NW are forecasted.It is indicated that the follow ing researches w ill be focused on the defect fo rmation and function m echanism of ZnO,preparation and application of ZnO NW fluorescent probe,research of ZnO NW superlattice and quantum w ell w ith differ ent str uctures and its applicatio ns in quantum spin devices.Key words:znic ox ide nanow ire (ZnO NW);nanodevice;optoelectro nic device;pressur e -sens-i tive device;g as -sensitive dev ice EEACC :2560;2520E0 引 言氧化锌是一种新型的Ò-Ö族直接带隙半导体材料,室温下禁带宽度为3.37eV,发射波长和GaN 一样处于紫外波段。

第4卷第3期2009年3月157ZnO纳米结构制备及其器件研究冯 怡，袁忠勇（南开大学新催化材料科学研究所，天津 300017）摘 要：综述了氧化锌纳米材料制备技术和器件应用的研究进展，着重介绍了氧化锌的气相和液相合成方法，并讨论了一些重要的生长条件控制因素，同时总结了纳米氧化锌作为一种新型功能材料在场效应晶体管、肖特基二极管、紫外光探测器、气敏传感器、纳米发电机等领域的应用及发展前景。

关键词：氧化锌；纳米结构；纳米器件中图分类号：O175.29文献标识码：A 文章编号：1673－7180(2009)03－0157－13Zinc Oxide nanostructures: fabrications and applicationsFENG Yi，YUAN Zhongyong(Institute of New Catalytic Materials Science, Nankai Unviersity, Tianjin 300071，China) Abstract: This paper reviews the current studies of ZnO nanostructures, fabrication, and novel device applications.It generalizes multiple ZnO nanostructures that have been synthesized in strategies of liquid phase and vapor phase, as well as some important reaction parameters which could control ZnO growth are also emphatically introduced. Due to the unique material, Zinc Oxide also exhibits a range of remarkable potential applications in fuctional devices such as Field-Effect-Transistor, Schottky diode, UV-optical detector, Gas sensor and Nanogenerator, which have profound impacts in future development.Key words: ZnO；nanostructure；nanodevice0引 言ZnO是一种重要的II-IV族直接带隙宽禁带半导体材料。

研究化学气相沉积法制备纳米金属氧化物材料气相沉积法是指利用化学反应在气体相中使金属和非金属元素沉积在固体衬底上形成化合物或混合物制备材料的一种方法。

由于其简单、高效和可控性强等优点，气相沉积法应用广泛，在研究和制备纳米金属氧化物材料方面也有很好的效果。

一、气相沉积法的分类气相沉积法可以分为化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）和分子束外延（MBE）等几种不同的技术。

其中，CVD是一种化学反应通过气体相转化成固体相的沉积过程，通过制备不同的反应气体来实现沉积，因此使用广泛。

PVD是一种利用物理方法来制备材料的沉积过程，采用的技术有磁控溅射、电子束蒸发等方式。

MBE是指在低压下将分子束瞄准到衬底上，从而形成薄膜或多层薄膜的一种技术，主要用于制备半导体和超导体材料。

二、CVD制备纳米金属氧化物材料CVD制备纳米金属氧化物材料是一种高效的方法，因为该法可以得到非常均匀的薄膜，而且只需用较低的压力就可以完成沉积过程。

CVD制备纳米金属氧化物材料是利用气相反应来形成薄膜的一种方法。

反应气体中的引发剂在高温下分解为化学物质，而金属原子则会从引发剂分解产生出的气态中被携带并继续反应，从而最终在衬底表面形成纳米金属氧化物薄膜。

该方法的主要优势在于可以合成高质量、均匀分布的纳米材料，且可以控制纳米颗粒的大小和形状。

三、制备过程中的参量控制在进行CVD制备纳米金属氧化物材料的过程中，需要控制的一些基本参数如下：1. 反应温度：温度是影响反应性的主要因素之一。

通常反应的温度越高，会促进反应的进行，并且可以得到更大尺寸的纳米粒子。

2. 反应压力：压力可以有效提高反应速率，并控制纳米材料的大小和形状。

通常情况下，压力越高，可以得到更小、更均匀、更高度晶化的纳米颗粒。

3. 气相注入速率：气体注入速率可以控制反应的速率和纳米粒子的分布。

4. 反应气体浓度：反应气体的浓度可以控制材料的化学成分和纳米颗粒的大小。

总之，CVD制备纳米金属氧化物材料是一种高效、可控、均匀的方法，具有广泛的应用前景。

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@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。