收藏本站
《中国科学技术大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

低维氧化锌纳米材料的合成及浸润性研究

公茂刚  
【摘要】:在低维纳米材料制备科学和技术研究方面的一个重要趋势是加强控制工程的研究,包括颗粒尺寸、形状、表面、微结构的控制。目前在一维纳米结构阵列中,研究最热的主要有三种:硅纳米线、碳纳米管和ZnO纳米线/纳米带。ZnO纳米线由于其独特的结构和光电等性质,成为当今一维纳米材料研究的热点之一。虽然ZnO纳米材料的研究已经取得了长足的发展,但在工艺简单、低成本、高产率、高结晶质量、及形貌可控制备上依然存在很大挑战。本论文研究工作以一维ZnO纳米线阵列为主要研究对象,另外研究了零维和二维纳米材料,围绕着材料的生长、结构形貌、液滴浸润性机理以及超疏水性等方面,开展了一系列工作,具体内容如下: 在第一章中,对纳米材料的合成技术、基于自组装法合成一维纳米功能材料的研究进展、一维纳米材料的性质和应用、以及研究意义做了概述。 在论文第二章中,首先总结了ZnO材料的基本性质,然后开始介绍本论文的主要工作:ZnO纳米线阵列应用于器件的一个前提是必须具备很好的垂直性和分散性,人们在以往的研究中采用了模板法、化学气相沉积法、金属气相外延生长法等多种方法来实现对纳米线阵列的调控。与其它制备方法相比,水热法具有反应条件温和、易操作、成本较低、产物分散性好、结晶质量高、团聚少及易于推广等优点。本章利用磁控溅射在玻璃或Si衬底上溅射一层ZnO籽晶层的基础上,再利用水浴法/水热法生长了垂直性、分散性和重复性具佳的ZnO纳米线阵列。与水浴法生长的ZnO纳米线的长径比为20:1相比;水热法生长的ZnO纳米线的长径比达到104:1,ZnO纳米线的柔韧性非常好,即使在纳米线的上端发生弯曲也不会断裂。本章还阐述了ZnO纳米线的生长过程:ZnO极性面表面能高,要经过表面重整以降低表面能,所以极性面(0001面)的生长速度要大于其他晶面;同时纳米线某个面生长的快慢与其生长速度也有关系,不同面的生长速度也不一样:V[0001] V[01(1|-)0] V[0001(1|-)],综合上面两个因素考虑ZnO纳米线沿着(0001)方向快速生长。此外研究了温度和HF对ZnO形貌的影响。随着温度的升高,水的电离度会增加,水中增加的H~+离子会抑制ZnO沿c轴择优取向生长,从而造成ZnO由低温(100℃)的纳米线状结构向高温(150℃)片状结构的转变。当反应溶液中加入HF时,H~+对ZnO的影响主要有两点:一方面随着H~+离子浓度的增加,ZnO结构的长径比不断减小,由柱状结构向磷片组成的球状结构转变,另一方面H~+使ZnO结构逐渐变薄,由球状变为了花瓣状;F~-使ZnO表面出现粗糙结构,最终使微结构由鳞片状变成纤维状。 在论文第三章中,在粗糙结构表面湿润特性研究的基础上,建立了一个描述液滴在实际微纳米复合结构表面浸润特性的新的半浸润模型。首先介绍与接触角相关的一些定义和基本理论,对静态接触角和接触角滞后现象进行分析。然后分析描述液滴在固体表面浸润状态的传统理论模Wenzel模型和Cassie模型的联系和区别,并在此基础上提出一个新的解释液滴在不同形貌固体表面浸润性质的模型—半浸润模型,并用此模型计算了特殊表面的接触角,得出了和实验相一致的结论。最后利用半浸润模型给出了接触角滞后和滚动角的关系。 在论文第四章中,实验研究了ZnO纳米线阵列、网状乳突节点阵列及其它微纳仿生自组装复合结构表面的浸润特性。利用溶胶凝胶法和水浴法在玻璃衬底上分别制备了疏水性SiO_2薄膜和超疏水性ZnO纳米线阵列薄膜,并在理论上对实验结果进行了验证。利用简单的水热自组装的方法制备了网状乳突结点状ZnO薄膜,该薄膜经HTMS修饰以后具有稳定的超疏水性。建立了一个“张力接触模型”来解释水的表面张力和快速蒸发是网状乳突结构形成的原因。这种网状结构是一种类荷叶的微纳米复合结构,水滴在该结构表面的接触角高达170o,滚动角小于2o。同时,利用Cassie模型从理论上验证了该结果。此外,研究了花状ZnO结构的制备及其超疏水性。最后,在没有贵金属(Au,Ag等)辅助的情况下,利用简单化学刻蚀的方法,在Si(001)面上刻蚀出金字塔状结构,研究了金字塔表面的疏水性。 在论文第五章中,主要是通过用禁带宽度较窄的荧光量子点CdSe与宽禁带ZnO纳米线复合,实现不同能带之间的调制,以达到对太阳光宽波段的吸收,为下一步光电器件的研究奠定基础。研究了荧光量子点CdSe纳米颗粒的制备及其光学性质(吸收、光致发光)。通过改变反应时间,实现了CdSe量子点尺寸和发光波长的调控。为了提高光生载流子的传输效率,通过配位键的转换,利用短碳链分子巯基丙酸(MPA)代替量子点表面的长碳链分子三正辛基氧化磷(TOPO)。此外,利用低温水热法(50℃)制备出了高结晶质量的ZnO纳米线阵列。最后,成功的将CdSe量子点链接到ZnO纳米线表面。 在论文最后一章,对全文进行了总结及对未来的展望。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 沈志坚,丁子上;纳米材料与纳诺技术[J];材料导报;1992年06期
2 文自立;新兴纳米功能材料[J];青海科技;1995年04期
3 朱念,朱建国,朱果扣;纳米材料的特性及开发[J];今日科技;1996年10期
4 唐电,陈士仁,蔡传荣,王平;Ti-17%Si氧化物纳米材料的形态与结构特点[J];中国有色金属学报;1997年02期
5 全宏声;用纳米材料对士兵进行生化防护[J];材料工程;2001年12期
6 李景新,黄因慧,沈以赴;纳米材料的加工技术[J];材料科学与工程;2001年03期
7 刘伯元,黄锐,赵安赤;非金属纳米材料[J];中国粉体技术;2001年01期
8 吴烈善,王瑛辉,薛柳;纳米材料及其应用前景[J];矿产与地质;2001年06期
9 杨砚儒;纳米材料研究现状及应用[J];唐山高等专科学校学报;2001年02期
10 崔凯;我校成为新加坡纳米材料科技公司股东[J];北京化工大学学报(自然科学版);2002年03期
11 马剑华;纳米材料的制备方法[J];温州大学学报;2002年02期
12 吴春华,赵黔蓉,张加研;纳米材料在催化领域中的研究进展[J];云南化工;2002年04期
13 马运柱,范景莲,熊翔,黄伯云,汪登龙;几种常见制备纳米粉末的方法[J];有色金属;2002年04期
14 王帆,宋晓秋,柳翱,李宏涛;纳米材料的性能及其在化学和医学方面的应用[J];长春工业大学学报(自然科学版);2003年01期
15 孟弘;纳米材料制备研究进展[J];矿产保护与利用;2003年04期
16 方克明,邹兴,苏继灵;纳米材料的透射电镜表征[J];现代科学仪器;2003年02期
17 刘东亮,栾道成;纳米结构材料热稳定性分析[J];化工时刊;2004年02期
18 曹标,陈明;纳米材料及其检测技术[J];检验检疫科学;2004年01期
19 陈伯华;“纳米材料”可助农业增产[J];山西农业;2004年05期
20 张人韬;含氟乳胶及纳米材料在建筑涂料中的应用研究[J];国外建材科技;2004年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张立德;;纳米材料的可控制备与表征[A];中国颗粒学会超微颗粒专委会2011年年会暨第七届海峡两岸超微颗粒学术研讨会论文集[C];2011年
2 李宁;李晨;;单步水热法合成空心Fe_3O_4磁球纳米材料的探讨[A];中国颗粒学会第七届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2010年
3 车顺爱;;纳米材料在pH响应性药物释放中的应用(特邀报告)(英文)[A];生物颗粒与粉体制备、应用技术研讨会论文集[C];2010年
4 ;全国第二届纳米材料和技术应用会议[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集(上卷)[C];2001年
5 ;全国第二届纳米材料和技术应用会议[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2001年
6 周素红;姚蓓;芦庆新;陈颖;程晓松;;纳米材料的测量技术[A];纳微粉体制备与应用进展——2002年纳微粉体制备与技术应用研讨会论文集[C];2002年
7 赵廷凯;柳永宁;朱杰武;;纳米材料概述[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
8 董丽杰;李琦;张俊俊;孟雅娟;何至青;熊军;熊传溪;;大分子诱导多功能纳米材料的自组装[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
9 李莉;李兰兰;魏子栋;;电沉积纳米材料研究现状[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
10 钱逸泰;;纳米材料的低温化学合成[A];中国化学会第十二届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 袁封;纳米材料是涂料的好帮手[N];中国化工报;2004年
2 杭州科瀚盟公司 黄海;正确认识纳米材料在纺织上的应用[N];中国纺织报;2008年
3 记者 方彬楠 通讯员 周麦玲;纳米材料绿色打印技术产业化基地落户怀柔[N];北京商报;2010年
4 记者 冯永锋;我纳米材料领域获重要突破[N];光明日报;2000年
5 刘菊花;首批纳米材料国家标准 于4月1日起正式实施[N];中国有色金属报;2005年
6 胡爱武 傅志红;纳米材料与纳米技术[N];中国包装报;2004年
7 罗刚;神奇的纳米材料安全吗[N];健康报;2005年
8 仲科;科技部部署纳米材料研究项目[N];中国化工报;2008年
9 刘英楠;新方法捕获纳米材料详细信息[N];中国高新技术产业导报;2005年
10 记者 王大军;纳米材料有助微观诊断[N];新华每日电讯;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 公茂刚;低维氧化锌纳米材料的合成及浸润性研究[D];中国科学技术大学;2011年
2 万雨挺;准一维硅纳米材料的制备及其场发射特性[D];浙江大学;2011年
3 赵斌;特殊形貌TiO_2/钛酸盐纳米材料的合成与生成机理[D];华东理工大学;2011年
4 何开华;低维氮化硼纳米材料中杂质和电场行为的第一性原理研究[D];中国地质大学;2010年
5 苏勇;一维金属氧化物纳米材料的气相合成与发光性能研究[D];合肥工业大学;2011年
6 宋运涛;金属氧化物纳米材料的液相合成研究[D];山东大学;2010年
7 王金兴;不同结构In_2O_3基纳米材料的合成及其气敏特性研究[D];吉林大学;2010年
8 郭明义;硅基多孔纳米材料的功能化及其药物传输研究[D];吉林大学;2011年
9 侯士丽;硫化物半导体纳米材料的制备及特性研究[D];华东师范大学;2010年
10 张晓东;准一维SiC和Si_3N_4纳米材料的合成与表征[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 章定恒;水滑石前体法制备Fe掺杂ZnO纳米材料及其发光性能研究[D];北京化工大学;2010年
2 宋虎;三羰基锝标记富勒醇的制备及其生物体内行为研究[D];中国工程物理研究院;2010年
3 朱琳;功能材料的制备与组装[D];山东师范大学;2011年
4 董辰方;纳米材料对人体细胞体外生长的影响研究[D];青岛大学;2004年
5 张晶晶;部分超顺磁性纳米材料的合成及基于MRI的生物应用[D];上海师范大学;2010年
6 钱昆;功能化多孔纳米材料的设计合成及其在蛋白质组学分析中的应用[D];复旦大学;2010年
7 伍旭;基于纳米材料的肿瘤活体荧光成像以及光动力学治疗研究[D];湖南大学;2010年
8 李婧;硒化镉(CdSe)纳米材料的制备及性能表征[D];太原理工大学;2011年
9 刘晃清;ZrO_2:RE纳米材料发光性质的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2003年
10 周晓明;二氧化锡纳米材料的制备及其气敏性能研究[D];吉林大学;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978