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CuO和TiO2微纳米材料的制备、表征及性质的开题报告一、选题背景随着纳米科技的发展，制备微纳米材料已成为研究的热点之一，这种材料由于其特殊的结构和性质，在材料科学、能源领域和生物学中具有广泛的应用。
其中Oxide类的微纳米材料如CuO和TiO2也备受关注。
CuO是一种重要的氧化铜，具有良好的催化和光电性能，已用于锂离子电池、氢气传感器和太阳能电池等领域。
TiO2因其优良的光催化性能，广泛应用于环境保护和清洁能源等领域。
针对这些材料的研究，将有助于深入了解微纳米材料的性质，并且为其在实际应用中的使用提供技术支持。
二、研究内容1.制备方法：采用水热法和溶胶凝胶法来制备CuO和TiO2微纳米材料。
2.表征方法：运用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X 射线衍射(XRD)等分析手段，对所制备的微纳米材料进行表征。
3.性质研究：测定CuO和TiO2微纳米材料的催化性能、光催化性能、电化学性能和磁性能等特性。
三、研究意义本研究的主要意义如下：1.通过比较不同制备方法所制备的CuO和TiO2微纳米材料的差异，找出最优的制备工艺。
2.研究微纳米材料的性质，为其在实际工业应用中提供技术指标。
3.为相关领域的后续研究提供基础数据和参考文献。
四、实验方案1.制备方法：（1）水热法：将CuSO4·5H2O/TiCl4和NaOH溶液加入密闭釜中，进行水热反应，得到CuO/TiO2微纳米材料。
（2）溶胶凝胶法：将Cu(NO3)2·3H2O/Ti(OC4H9)4和乙二醇、甲醇混合物混合，并在特定条件下进行溶胶凝胶反应，制备CuO/TiO2微纳米材料。
2.实验仪器：扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等。
3.实验步骤：（1）制备CuO和TiO2微纳米材料（2）表征所制备的微纳米材料（3）测定微纳米材料的性质五、预期结果本研究预计可以得到以下结果：1.成功制备出CuO和TiO2微纳米材料；2.通过SEM、TEM、XRD等表征方法，确定所制备的CuO和TiO2微纳米材料的形貌、晶体结构等特性；3.测定微纳米材料的催化性能、光催化性能、电化学性能和磁性能等特性，得出相应的特性参数。
不同形貌氧化铜的制备及其光催化性能研究
氧化铜是一种利用多种方式合成的无定形材料，具有良好的光催化活性。
近些年来，不同形貌氧化铜的制备及其光催化性能研究得到了快速发展。
不同形貌的氧化铜的制备主要采用非晶态沉淀合成法、溶胶-凝胶法、工业废物利用法、臭氧氧化法、以及溶剂蒸发法。
在普通溶剂中，可通过离子交换、两相沉淀、超声强化皂化法等方法来制备出不同形貌的氧化铜。
其中，非晶态沉淀合成法制备出的氧化铜具有较大的表面积和低成本优势。
而溶胶-凝胶法能够使被试材料产生更大的晶界结构，更具高效和更高的结构稳定性。
研究发现，不同形貌氧化铜的光催化性能可大大提高，可以有效地分解有机污染物，如二氧化硫、氮氧化物和VOCs。
针对不同形貌的氧化铜，在光谱研究方面，可以有效地将其分解的有机污染物的反应过程更清晰地表征出来。
而且，不同形貌氧化铜在光催化反应中所呈现出来的机理也有所不同，能够更好地帮助我们掌握其光催化活性。
此外，研究表明，不同形貌氧化铜具有不同的熔凝温度和熔凝特征，即可以更有效地吸附高分子污染物，从而帮助我们改善氧化铜的光催化性能。
因此，不同形貌氧化铜的制备及其光催化性能研究在水污染处理、气体污染控制等方面有着重要的意义，未来还有很多需要进一步研究的问题，以提高氧化铜的光催化性能，为人类提供可持续的环境保护措施。
氧化铜阴极材料的制备与表征氧化铜作为一种P型半导体，目前已经在高温超导体、感光开关、超级电容器、负极材料等领域得到广泛应用。
氧化铜作为负极材料，具有理论电容量高（1mAhg）、制备容易、价格低廉、无毒而且储存方便等优点。
用热氧化法674在铜片表面制备出氧化铜的纳米线，在管式炉中将之还原，分别用XRD，SEM，TEM检测还原前后氧化铜纳米线的性能及形貌特征，并装配成电池，研究讨论其电学性能。
1.1 引言本实验通过简单便捷的热氧化法制备氧化铜纳米线作为锂离子电池的负极材料。
纳米材料作为现代一种新型材料，收到科学家的广泛青睐。
纳米材料是指在三维空间内至少有一维是处于纳米尺度（1-100nm）的材料，具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等一些特性，因此在物理和化学方面的性能非常优异，以及在工业应用方面的巨大潜能。
一维纳米材料包括纳米棒，纳米线纳米晶须等，具有很大的长径比（长度/直径），显示出了独特的光【1】、电、磁、热力学和催化【2】性能。
目前制备CuO纳米线的方法主要有干法和湿法两种。
湿法包括水热法、沉淀法、模板法、直接沉淀法、液液界面反应法、液固相反应法、离子液体法、液相辐射法、微乳-均匀沉淀偶合法等；干法主要有热氧化法、热转化法、机械法、等离子体分解法等【3】。
长度短的CuO纳米线很容易在较温和的条件下制备得到，较长的纳米线必须在400-900℃的高温下制得。
因此探索研究一种操作简单、可控且成本低廉的CuO纳米线制备方法是人们努力的方向。
1.2 锂离子电池锂离子电池是一种二次电池，也叫充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。
当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。
而作为负极的材料有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高【4】。
同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极微孔中的锂离子脱出，又运动回正极。
氧化铜的制备与应用氧化铜（CuO）是一种重要的无机化合物，具有广泛的应用领域。
本文将介绍氧化铜的制备方法以及其在不同领域的应用。
一、氧化铜的制备方法1. 热分解法：将铜盐（如硫酸铜）加热至高温，经过氧化反应生成氧化铜的方法。
这种方法制备的氧化铜颗粒较大，晶体结构较完整，常用于制备催化剂和陶瓷材料。
2. 沉淀法：通过在铜盐溶液中加入沉淀剂（如碱液或碱金属盐溶液），使铜离子沉淀成氢氧化铜，再将其加热脱水生成氧化铜的方法。
这种方法制备的氧化铜颗粒较小，具有较大的比表面积，常用于制备电池材料和电子元件。
3. 氧化反应法：将铜金属置于高温下与氧气接触，发生氧化反应生成氧化铜的方法。
这种方法需要高温反应条件，适用于大规模制备氧化铜。
二、氧化铜的应用领域1. 电化学材料：氧化铜具有良好的导电性和储能性能，常用于制备电池、超级电容器等电子元件。
此外，氧化铜还可以作为染料敏化太阳能电池中的光敏材料。
2. 催化剂：氧化铜可作为催化剂用于多种化学反应中，如甲醇合成、脱氢反应等。
其高比表面积和晶格结构有利于提高反应速率和选择性。
3. 陶瓷材料：氧化铜可用于制备陶瓷颜料和釉料，赋予陶瓷作品艳丽的颜色和光泽。
此外，氧化铜还可以作为陶瓷催化剂用于有机合成反应。
4. 防腐涂层：氧化铜具有良好的耐腐蚀性能，常用于金属表面的防腐涂层。
其抗氧化性能可以保护金属不受湿氧、酸雨等环境侵蚀。
总结：氧化铜作为一种重要的无机化合物，具有广泛的应用领域。
通过热分解法、沉淀法和氧化反应法等不同的制备方法，可以制得具有不同性质和应用的氧化铜材料。
在电化学材料、催化剂、陶瓷材料和防腐涂层等领域中，氧化铜发挥着重要的作用。
随着科技的进步，氧化铜的制备方法和应用领域还有待进一步研究和拓展。
氧化铜纳米材料的制备和表征一、实验目的1.了解纳米材料的结构和特性，熟悉纳米CuO的性能和应用2.掌握回流法和化学浴法制备CuO纳米晶。
3.了解X-衍射分析仪器的构造，学会用Scherrer公式计算纳米晶的粒径。
二、实验原理1.纳米材料的结构和特性纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1-100nm)的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。
由于其组成单元的尺度小，界面占用相当大的成分，这就导致由纳米微粒构成的体系出现了不同于通常的大块宏观材料体系的许多特殊性质，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应和介电限域效应等。
量子尺寸效应：当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。
小尺寸效应：当物质的体积减小时，将会出现两种情形：一种是物质本身的性质不发生变化，而只有那些与体积密切相关的性质发生变化，如半导体电子自由程变小，磁体的磁区变小等；另一种是物质本身的性质也发生了变化，当纳米材料的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，材料的磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化活性及熔点等与普通晶粒相比都有很大的变化，这就是纳米材料的体积效应，亦即小尺寸效应。
表面效应：表面效应是指纳米晶粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
随着纳米晶粒的减小，表面积急剧増大，表面原子百分数迅速增加。
由于表面原子所处的环境与内部原子不同，它们周围缺少相邻的原子，存在许多悬空键，具有不饱和性，易与其它原子相结合而稳定下来，所以，晶粒尺寸的减少，其表面积、表面能及表面结合能都迅速増大，致使它表现出很高的化学活性，极不稳定，例如金属的纳米粒子在空气中会燃烧。
宏观量子隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。
湿法冶炼阴极铜生产工艺流程英文回答：The production process of wet smelting for cathode copper involves several steps. First, the raw materials, such as copper concentrate or copper scrap, are collected and prepared for the smelting process. The materials are then mixed with water and other additives to form a slurry.Next, the slurry is heated in a furnace to separate the copper from impurities. This process is known as roasting. During roasting, the impurities react with oxygen and are converted into slag, which is then removed from the furnace.After roasting, the resulting copper oxide is dissolved in a sulfuric acid solution to form copper sulfate. This solution is then subjected to electrolysis to produce pure copper cathodes. The electrolysis process involves passing an electric current through the solution, causing thecopper ions to migrate and deposit onto the cathodes.Once the cathodes are formed, they are removed from the electrolytic cells and undergo further refining processes. These processes include washing, drying, and melting the cathodes to remove any remaining impurities and shape them into standardized forms.Finally, the refined copper cathodes are packaged and ready for sale or further processing into various copper products, such as wires, pipes, or sheets.中文回答：湿法冶炼阴极铜的生产工艺流程包括几个步骤。
湿法冶炼阴极铜生产工艺流程英文回答：The production process of wet copper smelting for cathode copper involves several steps. Firstly, the raw materials, which typically include copper concentrate, limestone, and silica, are crushed and ground into a fine powder. Then, the powdered materials are mixed together and undergo a process called roasting, where they are heated in a furnace at high temperatures. This roasting process helps to remove impurities and convert the copper sulfide in the concentrate into copper oxide.After roasting, the copper oxide is mixed with water to form a slurry, which is then subjected to a process called leaching. During leaching, sulfuric acid is added to the slurry to dissolve the copper oxide and create a copper sulfate solution. The solution is then purified to remove any remaining impurities.Next, the purified copper sulfate solution is subjected to electrolysis. This involves passing an electric current through the solution, causing the copper ions to migrate towards the cathode, where they are reduced and deposited as pure copper. The anode, typically made of impure copper, dissolves as copper ions are released into the solution to maintain the electrical balance.Once the electrolysis process is complete, the deposited copper on the cathode is removed and processed further to produce cathode copper. This involves melting the copper and casting it into molds to form copper cathodes of a specific shape and size. The cathodes are then inspected for quality and packaged for shipment.中文回答：湿法冶炼阴极铜的生产工艺流程包括几个步骤。
氧化铜纳米冷阴极的制备及其场发射特性的研究的
开题报告
【题目】氧化铜纳米冷阴极的制备及其场发射特性的研究
【摘要】本项目旨在研究氧化铜纳米冷阴极的制备方法及其场发射
特性，探索其在电子器件中的应用。
本项目将采用溶胶-凝胶法制备氧化
铜纳米颗粒，利用扫描电子显微镜对其形貌进行观察，并通过X射线衍
射对其结构进行表征。
同时测量氧化铜纳米颗粒的场致发射性能，研究
其发射场强和发射电流密度的关系，探究其发射机制和可靠性。
【研究内容】
1. 氧化铜纳米颗粒的制备方法研究；
2. 氧化铜纳米颗粒在扫描电子显微镜下的形貌观察；
3. 氧化铜纳米颗粒的结构特性分析；
4. 测量氧化铜纳米颗粒的场致发射性能；
5. 分析氧化铜纳米颗粒场致发射特性的相关因素；
6. 探究氧化铜纳米颗粒的发射机制和可靠性。
【研究意义】
氧化铜纳米颗粒因其尺寸小、比表面积大等特性而具有很多优异的
性质，如催化性能和光学性能等。
此外，氧化铜纳米颗粒还具有优异的
电学性能，被广泛应用于多种电子器件中。
本项目将研究氧化铜纳米颗
粒的制备方法及其场发射特性，为其在电子器件中的应用提供技术支持
和理论基础。
【关键词】氧化铜纳米颗粒；溶胶-凝胶法；场发射特性；电子器件。
如何制备氧化铜氧化铜（CuO）是一种常见的无机化合物，广泛应用于化工、材料科学、电子工程等领域。
下面将介绍如何制备氧化铜的方法和步骤。
一、材料准备1. 铜片或铜粉：可从化工原料供应商购买。
2. 氧气或空气：用于氧化铜的制备。
3. 酸性溶液：如硫酸、硝酸等，用于去除铜表面的氧化物。
二、制备步骤1. 预处理铜片或铜粉：将铜片或铜粉置于酸性溶液中浸泡一段时间，以去除表面的氧化物。
可以使用玻璃容器或塑料容器进行浸泡。
2. 洗涤：将铜片或铜粉从酸性溶液中取出后，用蒸馏水或去离子水进行洗涤，以彻底去除残留的酸性溶液。
3. 干燥：将洗涤后的铜片或铜粉放在通风处晾干或使用烘箱进行烘干，确保表面无水分。
4. 加热：将铜片或铜粉置于加热设备中，如炉子、烧杯等。
加热过程中，可使用预先确定的温度和时间条件以保证制备过程的稳定性。
5. 通入氧气：在加热过程中，通过适当的装置将氧气或空气通入加热设备，与铜片或铜粉发生氧化反应。
反应过程中产生的氧化铜将沉积在铜片或铜粉的表面。
6. 冷却：在氧化反应完成后，将装置从加热设备中取出，进行冷却。
等待冷却后，即可获得制备好的氧化铜。
三、注意事项1. 安全操作：在制备氧化铜的过程中，要注意使用防护手套、护目镜等个人防护装备，避免对皮肤和眼睛造成伤害。
2. 通风环境：制备氧化铜时，要确保在通风良好的环境下进行操作，避免氧化物或其他有害气体的积聚。
3. 控制温度：在加热铜片或铜粉的过程中，要注意控制温度，避免过高温度导致不良结果或危险情况的发生。
总结：制备氧化铜的过程涉及到材料准备、预处理、洗涤、干燥、加热、氧化反应和冷却等步骤。
正确操作，并注意安全和环境因素，即可成功制备出氧化铜。
氧化铜的制备方法多种多样，可根据实际需求进行选择和改进。
不同形貌氧化铜纳米材料的合成及表征纳米材料是由粒径为1～100nm的粒子组成的超微细材料，具有小尺寸效应，量子尺寸效应及表面效应等，在光、电、催化等方面具有优越的性质。
纳米材料的制备方法分为气相法、液相法和固相法等。
文章以液相法为主，在氢氧化钠体系中，通过改变不同的反应介质，在120℃的水热条件下，得到了三种形貌不同的纳米材料。
用扫描电镜、XRD对得到的产物进行表征，根据实验结果进行探讨。
保持合成方法不变，改变不同的水热反应温度，均未得到具有此形貌的氧化铜纳米材料。
标签：氧化铜；纳米材料；水热法；SEM表征Abstract：Nanomaterials are ultrafine materials composed of 1～100 nm particles with small size effect，quantum size effect and surface effect. They have excellent properties in light，electricity，catalysis and so on. The preparation methods of nano-materials can be divided into gas phase method，liquid phase method and solid phase method. In this paper，three kinds of nanomaterials with different morphologies were obtained by changing different reaction media and hydrothermal conditions at 120℃in the system of sodium hydroxide by liquid phase method. The product was characterized by SEM and XRD，and discussed according to the experimental results. When the synthesis method was unchanged while changing the different hydrothermal reaction temperature，the study did not obtain copper oxide nanomaterials with certain morphology.Keywords：copper oxide （CuO）；nanomaterials；hydrothermal method；SEM characterization近年来，纳米技术作为一种新型的研究方法，在各种领域均被广泛应用。
氧化铜阴极材料的制备与表征氧化铜作为一种P型半导体，目前已经在高温超导体、感光开关、超级电容器、负极材料等领域得到广泛应用。
氧化铜作为负极材料，具有理论电容量高（1mAhg）、制备容易、价格低廉、无毒而且储存方便等优点。
用热氧化法674在铜片表面制备出氧化铜的纳米线，在管式炉中将之还原，分别用XRD，SEM，TEM检测还原前后氧化铜纳米线的性能及形貌特征，并装配成电池，研究讨论其电学性能。
1.1 引言本实验通过简单便捷的热氧化法制备氧化铜纳米线作为锂离子电池的负极材料。
纳米材料作为现代一种新型材料，收到科学家的广泛青睐。
纳米材料是指在三维空间内至少有一维是处于纳米尺度（1-100nm）的材料，具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等一些特性，因此在物理和化学方面的性能非常优异，以及在工业应用方面的巨大潜能。
一维纳米材料包括纳米棒，纳米线纳米晶须等，具有很大的长径比（长度/直径），显示出了独特的光【1】、电、磁、热力学和催化【2】性能。
目前制备CuO纳米线的方法主要有干法和湿法两种。
湿法包括水热法、沉淀法、模板法、直接沉淀法、液液界面反应法、液固相反应法、离子液体法、液相辐射法、微乳-均匀沉淀偶合法等；干法主要有热氧化法、热转化法、机械法、等离子体分解法等【3】。
长度短的CuO纳米线很容易在较温和的条件下制备得到，较长的纳米线必须在400-900℃的高温下制得。
因此探索研究一种操作简单、可控且成本低廉的CuO纳米线制备方法是人们努力的方向。
1.2 锂离子电池锂离子电池是一种二次电池，也叫充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。
当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。
而作为负极的材料有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高【4】。
同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极微孔中的锂离子脱出，又运动回正极。
回正极的锂离子越多，放电容量越高。
电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，多孔多通道的材料作为负极，是现代高性能电池的代表。
从微观角度，锂离子电池的性能与锂离子的迁移速度息息相关。
例如，材料的尺寸决定了锂离子扩散路径的长短，材料的比表面积越大，提供越多的锂离子扩散通道，缩短了锂离子迁移路径，降低了扩散电阻，提高性能；充放电过程中，SEI膜的变化，增加了电极表面电阻，也会引起锂离子电池性能的改变。
锂离子电池作为一种现代高性能电池，具有电压高、比能量大、循环寿命长、安全性能好、自放电小、可快速充电、工作温度范围高等优点。
拥有广泛的发展前景。
锂离子电池结构及工作原理示意图：图1.1 锂离子电池工作原理示意图图1.2 锂离子电池结构1.3 负极材料1.3.1 碳素负极材料目前，锂离子电池的负极材料基本上都是碳元素材料【5】，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球(MCMB)、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。
近年来对锂离子电池负极材料的实用化研究工作基本上围绕着如何提高质量比容量与体积比容量、首次充放电效率、循环性能及降低成本这几方面展开。
通过对各种碳素材料(包括石墨)的结构词整，表面改性处理，形成具有外壳的复合型材料结构，在碳材料中形成纳米孔穴结构。
另外，在非碳负极材料研究方面所取得的进展，也向人们展示了锂离子电池负极材科发展的广阔前景。
1.3.2 氧化铜负极材料氧化铜是一种非碳负极材料，利用热氧化法在箱式炉中，适当条件下于1mm 厚的铜箔上制备出含有CuO、Cu2O、Cu的氧化层。
是一种具有纳米线结构的物质，在扫描电镜下，纳米线交错纠缠，形成许多的孔洞，为离子的导电提供了大量的通道，这种特性使其对比目前广泛应用的碳素负极材料（372mAh/g），具有更高的比容量（674mAh/g），因此可以用其作为一种代替碳素材料的负极材料，提高锂离子电池的电容量和循环特性。
并且在氧化铜与其他高电容量材料的复合方面具有广泛的研究前景【6】。
1.4 氧化铜纳米线近年来，金属氧化物纳米材料得到了广泛研究，由于金属氧化物大多都是优良的半导体材料，因而探索其纳米线P棒的制备及其光、电、磁、热力学等性质无论从理论上还是实际应用上都有非常重要的意义。
如光学传感、固态照明、催化、透明导电膜、光学开关、太阳能设备等【7】。
而且目前已知的金属氧化物半导体材料中，CuO纳米线是带隙最窄的材料，因此受到了广泛关注。
1.4.1 氧化铜纳米线的制备方法随着对氧化铜材料的深入研究，目前氧化铜纳米线的制备方法已经多种多样，在此介绍几种主要的制备方法。
1、热氧化法考虑到一维纳米材料在工业上的实际应用，应该找到一种简单易行、可以大量生产且成本低廉的方法，而热氧化法满足了这些要求。
热氧化法制备一维CuO 纳米材料是以铜箔为基板，在空气或氧气气氛下进行氧化反应。
Ashwani Kumar等【8】利用这种方法成功制备出了CuO纳米线，并对反应条件进行了探讨，提出了可能的反应机理。
首先，他们将0.1mm厚的铜箔放入稀盐酸中浸泡一段时间，以出去铜箔表面的氧化膜，然后用去离子水洗净，再放入甲醇中超声5min，最后放入马弗炉中进行氧化反应。
发现不同的氧流量、氧化温度、保温时间会对CuO纳米线的长度、直径、生长密度产生不同的影响。
（如图1.3所示）。
使温度保持不变（500℃），保温30min，尝试不同的气流量：35ml/min、150ml/min、300ml/min、500ml/min，对比后发现氧气流量为150ml/min时，氧化铜纳米线的长径比和生长密度最大；保持氧气流量不变（150ml/min），保温时间30min，改变不同温度：300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃，结果得到温度也对长径比和生长密度产生影响，最佳温度为400℃；同理，改变唯一变量保温时间：5min、10min、20min、30min、60min、120min，发现保温时间只对氧化铜纳米线的长度有影响，保温时间越长，纳米线长度越长。
图1.3 不同生长条件(a)氧流量(b)温度(c)保温时间对CuO纳米线直径和长径比的影响。
直径分布，400℃，气流量150ml/min，保温(d)30min (e)120min图1.4 以铜网为基板，热氧化法制备CuO纳米线的SEM照片：（A-C）空气气氛下500℃，保温4h（D）空气气氛下500℃，保温2h；（E-F）以铜线（直径0.01mm）为基板，500℃保温4h，生成CuO纳米线的SEM照片2、水热法水热法是指在一定温度和压力的反应环境中，采用水作为反应介质，在一定的温度下进行化学反应。
水热法具有反应条件温和、易于工业生产、清洁纯度高等特点。
Khadga M.Shrestha等【9】人利用以下三种配方进行水热反应得到了氧化铜的纳米棒，并进行了近红外区内的漫反射测量。
具体配方如下：I、Cu(NO3)2，NaOH 和乳酸；II、CuSO4，NaOH和乳酸钠；III、Cu(NO3)2，NaOH。
探究了反应温度、NaOH浓度、不同前驱体、保温时间对产物形貌的影响，最终发现：水热反应的最佳温度为140-150℃；随着NaOH浓度的增加，氧化铜纳米棒的产量也在随之增加，但是当浓度超过10M时，得到的多为Cu2O的纳米结构，因此最佳的NaOH浓度为5-7.5M；最佳保温时间为24h；最佳前躯体为Cu(NO3)2。
M.A Dar等【10】人利用水热法制备出了针状的纳米结构：将Cu(NO3)2水溶液和NaOH溶液混合均匀后倒入反应釜中，在120-180℃下保温20-60h。
最初阶段，Cu2+和OH—形成了CuO纳米粒子，随着反应时间的延长，纳米粒子生长成为一维的纳米结构。
由于CuO单斜结构的各向异性，聚集的纳米粒子重新排列以减少系统能量。
接着，由于高温下高的表面流动性，最终形成的CuO纳米粒子从底部生长到顶部，最终形成了高结晶度的CuO纳米针状结构（如图1-4所示）。
图1.4 CuO纳米针构1.4.2 热氧化法制备氧化铜纳米线的机理热氧化法制备CuO纳米线的生长机理主要分为以下三种类型：（1）传统模型，包括VLS（气-液-固模型）和VS（气-固模型）；（2）扩散模型，包括晶界扩散模型和短路扩散模型；（3）应力模型，包括应力-位错生长模型、应力积累与释放模型和应力-扩散模型。
现主要介绍以下三种模型：（1）VLS模型在1964年，就有科学家提出了金属氧化物纳米线生长的VLS模型。
该机理指出：金属首先部分气化，与空气中的催化剂粒子相结合，凝结成液态小液滴。
小液滴中金属离子过饱和后，会析出沉积在金属基板表面，慢慢向上生成金属氧化物纳米线。
（2）VS 模型Jiang 等【11】利用VS 模型解释了CuO 纳米线的生长机理：当铜在空气中被氧化，主要产物是Cu 2O ，CuO 是在第二步氧化过程中缓慢产生的。
因此，Cu 2O 是CuO 生长的前驱体。
整个氧化过程包含的反应如下，第二步形成CuO 蒸汽决定了整个反应的速率：4Cu+O 2 →2Cu 2O.........式（1-1）2Cu 2O+O 2 →4CuO...........式（1-2）CuO 形成的速率较慢反应室中较低的蒸汽压，决定了CuO 纳米线的连续生长和均匀的直径。
温度对反应的影响可以用式（2）的吉布斯自由能对温度的依赖性来解释，当温度足够高时，式（1-2）的S ∆为负数，因此反应的G ∆由负变正，此时生成CuO 的反应将停止，观察不到纳米线的形成，根据文献此时的温度为964℃,。
而当温度低于400℃时，CuO 的形成速度非常慢，以至于没有足够的蒸汽压，同样观察不到CuO 纳米线的形成。
（3）晶界扩散模型Lu Yuan 等【12】提出了CuO 纳米线的晶界扩散模型：反应开始先生成了和CuO的非纳米线层，氧气被化学吸附在CuO 层，从铜晶格中吸收一个电子，留下了一个电子空洞。
然后氧气完全电离，又留下一个电子空洞和铜阳离子，Cu 2+和O 2-相结合形成CuO ，这样在阳离子晶格中就又形成一个空穴。
电子空洞和空穴向下传递到Cu 2O 和CuO 界面，最后消失在Cu 2O 和铜表面。
同样，在CuO 纳米线生长过程中，Cu 2O 和CuO 界面发生相界面反应也会产生电子空洞和空穴，最终也消失在Cu 2O 和铜表面。
1.4.2氧化铜纳米线的应用前景随着锂离子电池负极材料的发展，近年来不同形态的氧化铜纳米结构材料作为锂离子电池负极材料越来越多的被研究和应用【13】。
CuO 的理论比容为674mAhg -1，是商业化碳电极的2倍左右，循环性能很稳定。
X.P.Gao 等【14】发现多晶的CuO 纳米结构具有更高的理论比容766mAhg -1，这是因为这种结构具有更大的比表面积和晶体缺陷，但其相比于单晶CuO 稳定性和循环性能较差，锂离子在脱嵌过程中会改变其晶体结构。
