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氧化锌纳米结构的制备与控制

宋玉哲  
【摘要】:ZnO纳米材料由于宽的带隙(3.37meV)和高的禁带激发能(59meV),以其奇特的光电性能在激光、催化、气敏、压电、传感等方面得到了广泛的应用。所以,ZnO纳米结构的制备、控制与应用研究成为当前纳米材料的研究热点之一。 本文设计了简单、实用的络合剂辅助水热法和热氧化方法,合成了ZnO纳米棒阵列、纳米螺旋桨阵列、纳米带阵列以及纳米球等结构,研究了相关机理,具体内容如下: (1) 氨水、氢氧化钠辅助水热法制备ZnO纳米阵列 采用锌片,与0.6mol/L的氨水、1.0mol/L的NaOH溶液分别反应,在锌片上制备了排列整齐、有高度生长取向的ZnO纳米棒阵列。利用SEM、XRD、HRTEM、PL等技术检测了样品的形貌和晶体结构,产物为纤锌矿单晶ZnO,沿(002)晶面择优生长;在396nm出现了较强的发光峰,488nm出现了微弱发光。 锌片在4~8mol/L的氨水中100℃反应18h,在锌片的气—液界面附近,生长了ZnO纳米螺旋桨阵列。同时,在气相和溶液中的锌片上,发现了ZnO纳米棒阵列和纳米锥结构。 (2) 有机胺类化合物辅助水热法制备ZnO纳米锥 采用锌片与0.3mol/L的乙二胺、3mol/L的丁胺、0.25mol/L的EDTA水溶液反应,制备了直径略有不同的ZnO纳米锥。在乙二胺中制备的产物的发光峰分别位于397nm、488nm、562nm。 (3) 络合物水解法制备ZnO球形颗粒 利用酒石酸锌的水解反应,在水溶液中制备了由超细颗粒组装的ZnO球形颗粒,XRD、HRTEM检测结果表明颗粒为纤锌矿ZnO多晶结构,在溶液中添加乙二醇,产物的尺寸和分散性得到了改善。 (4) 热氧化法制备ZnO纳米带、纳米线阵列 锌片和H_2O在500~800℃反应,制备了ZnO尖形纳米带阵列,SEM、XRD、HRTEM的结果说明纳米带是纤锌矿单晶ZnO,沿(101)晶面择优生长,纳米带的尺寸随反应温度的升高而增大;锌片在空气中加热到480℃制备了ZnO纳米线阵列,该阵列的发光峰位于397nm,而缺陷引起的蓝绿发光没有发现,说明所制备的ZnO阵列缺陷较少。


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