氧化锌薄膜的特性及其超疏水薄膜的制备

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1、精选公文范文管理资料氧化锌薄膜的特性及其超疏水薄膜的制备　　表面浸润性(又称浸润性，Wettability)，是固体表面的一个重要特征［1，2］，它对工农业生产和人们的日常生活都有着重要意义。润湿性通常用液体在固体表面的接触角(CA)来表征，一般来讲，当水与固体的接触角＜90°时为亲水性，＞90°时为疏水性;其中两种极端情况:＜5°为超亲水，＞150°为超疏水，广泛应用于国防、工农业生产和日常生活等领域。超疏水表面的制备有两个前提条件:1)表面材料具有低表面自由能;2)具有合适的表面微纳结构。超疏水性表面可以通过两种方法制备:一种是在低表面能材料的表面构建粗糙结构;另一种是在粗糙表面上修

2、饰低表面能物质。通过外界条件如光、电、热、pH[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料等改变疏水亲水状态的表面，叫做智能润湿性表面［3］，这种“智能开关”在微流体技术、无损液体传输、自清洁材料等许多领域具有重要意义，成为当今润湿性领域最重要的发展方向之一，国内外许多课题组已从生物仿生到实际应用等多方面设计合成了多种功能超疏水表面［4］。　　ZnO是一种直接宽带隙半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，激子束缚能为60meV，可以实现高温或是室温下的具有很高效率的激子受激发光过程，因此同时具有优异的半导体性、压电性、热电性和荧光性等多种性质，并且具有较高的力学和热学稳定性

3、。由于ZnO材料具有制备方法简单、仪器设备便宜等优点，同时ZnO资源丰富，价格低廉，在诸多领域得到了较为广泛和有效的应用，已成为纳米材料领域一个持续的研究热点［5］。2001年，Watanabe课题组［6］发现ZnO同TiO2一样，具有光响应的疏水/超亲水可逆性转变特性，由此开拓了一个新的研究领域，有望制备同时具有多种性能的功能性材料，成为便宜、广谱的智能表面。因此，近十年来人们对ZnO[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料薄膜的润湿性尤其是光响应的超疏水和超亲水可逆转化进行了深入研究，这种智能薄膜的制备发展迅猛，本文对该领域的研究进展进行简要综述。　　1ZnO薄膜的润

4、湿性及光响应转化机理　　ZnO薄膜的润湿性与晶型和形貌有密切关系。ZnO可能存在的晶体结构有3种:纤锌矿结构(Wurtzite)、闪锌矿结构(Zineblede)和岩盐(Ｒocksalt)。在自然条件下，热力学最稳定的结晶态结构是纤锌矿结构，属于六方晶系。另外在高压的特殊条件下还可以形成四方岩盐结构。由于润湿性是由固体表面自由能和表面微观结构共同决定，因此不同的晶型及其中不同的晶面具有不同的表面自由能及粗糙度;即使是同一晶型不同的制备方法也将获得不同的表面形貌，这将是决定ZnO润湿性的重要因素。如Watanabe［6］用高温溅射的方法将醋酸锌-乙醇溶液喷涂在450℃的玻璃表面，并在该温度

5、下焙烧约2h，获得透明的ZnO纳米薄膜，测定其接触角为109°;而Jiang等［7］利用电化学沉降法获得了疏水性为128.3°的ZnO[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料表面。　　更为引人注目的是ZnO薄膜的光响应的润湿性转化现象，即具有疏水性能的ZnO表面在紫外光照射下，能够变成亲水状态;在黑暗中放置或者加热一段时间则可恢复疏水状态，实现润湿性的可逆转化(见图1)。这一性质的发现，进一步扩大了ZnO薄膜的应用范围，如在微流体器件中可以作为润湿特性响应的“智能开关”，同时在无损液体传输、自清洁材料及光伏太阳能等领域有着重要意义。ZnO之所以具有光响应润湿可变特性，这与

6、它自身的半导体特性有关。ZnO表面在UV光照射下会产生电子-空穴对，一些空穴能够与晶格中的氧发生反应而在表面产生氧空位。尽管水与氧都会吸附这些氧空位，但从动力学上讲，这些氧空位更容易被水中的—OH吸附，因此ZnO表面在UV光照下会逐渐显示亲水性。而在黑暗中放置一段时间后，氧原子会逐渐替代这些氧空位从而恢复疏水性。疏水-亲水可逆转化周期与多种因素有关，包括表面状况、UV光照射时间和强度等，一般为7d左右［8，9］。由于纳米ZnO[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料具有光催化功能，能够在紫外光的作用下催化分解有机化合物。因此，ZnO薄膜的疏水性和光催化效应协同作用，可使玻

7、璃等表面的有机污物被分解的同时使无机污物颗粒随着水珠滚下来，因此有望成为有效的自清洁材料，在目前雾霾严重的情况下，在自清洁领域具有重要意义。【1】　　2ZnO超疏水薄膜的制备　　因为平滑的ZnO的疏水性高于TiO2薄膜(CA约为54°)，由此推断ZnO比TiO2更容易制备为超疏水表面。根据润湿性的基本原理［1，2］，如果能够获取合适的表面粗糙度即有望获得超疏水性和超亲水性，因此研究者对ZnO的纳米结构进行了深入研究，目前已用多种方法