纳米氧化锌制备

《纳米氧化锌制备》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、《材料现代制备方法》课程论文姓名：谢雷雨学号：2012010357班级：材料科学与工程1202教师：王小艳2014年12月8日1气-固-液法（VLS法）制备纳米ZnO利用高温物理蒸发或有机金属化合物的气相反应，通过气体传输，可使反应物沉积到低温衬底上并生长为一维结构，生长过程一般遵循Wagner和Ellis提出的VLS生长机理，这是传统的生长一维材料的方法。在纳米线生长过程中，先形成催化剂金属（金、银等）与纳米材料的低共熔合金液滴，此液滴吸收气相反应物形成晶核。液滴中反应物饱和时，纳米线开始生长，系统冷却后，合金液滴固化在纳米线的顶端（图1）。Pe

2、idongYang等基于VLS催化生长机制，用简单的化学气相输运和凝缩的方法合成了ZnO纳米线。通过控制催化剂合金团簇或金薄膜的起初位置和厚度分别来控制ZnO纳米线阵列的位置和纳米线的直径。在不同的气源条件下，还获得了由ZnO纳米线组成的各种形貌，如梳状结构、线阵列等（图2）2气相生长法制备纳米ZnO气相法的原理是利用蒸汽压较大的材料，在适当的条件下，使其蒸汽凝结成晶体的方法，适合于生长板状晶体。实验装置如图3，Wang.Y.W等将含有合金纳米颗粒的锌粉装在氧化铝舟中，盖上石英片，放入管式炉中央，在氩（90%）、氧（10%）气氛快速加热到900℃，保持10mi

3、n后，冷却至室温，可制得直径30-60nm的ZnO纳米线。生长时，原料区的温度控制于800-1150℃，生长区和原料区的温度差控制于20-200℃，常用的输运载体为HCL、Cl2、NH3、NH4Cl.、HgCl2、H2、Br2、ZnCl2等。1999年，J.M.Ntep等在H2或Ar中加入微量的H2O作为ZnO升华的催化剂生长ZnO单晶。一年以后，他们所在的实验室又用Cl2和C作传输载体制得了厘米量级的质量很好的纳米单晶(图4）。2003年，H.Z.Zhang等用气相法在玻璃衬底上合成了c轴择优生长的氧化锌纳米棒，系统压强0.001-0.008MPa，氩气流速

4、140-150sccm，锌源和玻璃衬底温度分别为500℃、370℃反应持续时间10min，所得纳米棒分布均匀(图5)，每个纳米棒都由头部、体、底部三部分组成，沿[001]取向生长，直径约240nm，高度约400nm。分析光致发光谱（PL），发现纳米棒阵列在3.3eV有较强的紫外-可见发射峰（UV）和一个较宽的绿光发射，有效促进紫外-可见发射器的进一步发展。同年，Y.J.Xing等用Zn/ZnO混合物，Si(5*20)作衬底，压强300toor，在氩保护气（40sccm）中，温度700℃下，有效合成了氧化锌纳米管（图6）。此纳米管的平均直径60nm，长度几十个微

5、米，管壁厚约4nm，呈规则的多面体结构，经分析可能是在特殊条件下纳米管以ZnO微晶体为基底生长，即底部籽晶法，生长机理如图7，初始形成富Zn的亚稳定籽晶后（图7(a)），在籽晶表面生长出一层稳定的ZnO鞘层（图7(b)），随着ZnO鞘的生长，亚稳定的籽晶慢慢消失，这样就得到了ZnO的纳米管结构（图7(c)），底部籽晶法有可能成为ZnO生长技术创新的一个突破口，为氧化锌单晶的产业化生产提供一条可行的途径。通过控制生长参数、改变反应条件等，气相生法能在不同的衬底上生长出不同种类、不同结构的半导体氧化物单晶。2005年，美国佐治亚理学院王中林领导的研究小组在此法的基

6、础上发了气固生长法（原理、装置与气相生长法相同），仅生长出了ZnO纳米带，还制备出了一系列功氧化物的纳米带家族(如SnO2、In2O3、CdO纳米带)以及相关的纳米棒、纳米线等，此外还实了氧化锌纳米带向超晶格结构的纳米螺旋结构(类似DNA螺旋结构）的转变。通过高倍扫描电子微镜观察（图8），所得纳米螺旋结构的直径为300-700nm，宽度为100-500nm，间距为500-2500nm。图8(a)、(c)分别为左手型，图8（b）为右型，图8(d)是高倍SEM下ZnO右手型呈现均匀滑的完美结构。X射线能谱分析显示没有任何缺陷和杂质。目前，此研究组已经将压电纳米带和

7、纳米环成功应用到微米、纳米电化学系统中的传感器、转换器、激励器中，但由于其合成条件及成本的限制，离市场化还很有很长一段时间。气相生长法制得的纳米ZnO粒径小，产品单分散性好，反应条件易控制，易得到均匀的超细粒子。缺点是产物中有原料残存，工艺技术较复杂，成本高，一次性投资大。3.水热法制备纳米ZnO水热法是将反应前驱物可溶锌盐溶液和碱分置于管状高压釜中，在反应温度300℃，体系压力20MPa下，分置的锌盐和碱液迅速混合进行反应。其实质是：将可溶性锌盐和碱液混合形成氢氧化锌的“沉淀反应”和氢氧化锌脱水生成氧化锌的“脱水反应”集合在同一反应器内同时完成，得到比普通水

8、热反应颗粒度小许多的结晶完好的ZnO晶