ZnO纳米线薄膜的合成参数、表面形貌和接触角关系研究-论文.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．21(2013)218102ZnO纳米线薄膜的合成参数、表面形貌和接触角关系研究冰景蔚萱十王兵牛玲玲齐含蒋庄德陈路加周帆(西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安710049)(2013年6月19臼收到；2013年7月26日收到修改稿)水浴法合成ZnO纳米线薄膜的工艺参数直接影响其表面形貌，并使其接触角及润湿性能发生变化．本文仿真分析了轮廓算数平均偏差、偏斜度、峭度、相关长度等特征参数对随机粗糙表面特性的影响规律；改变生长时间、种子层溶液和生长液的浓度，批量制备了表面形貌不同的ZnO纳米线薄膜

2、；提出了取样长度的确定方法，并基于扫描电镜图像和Matlab图像处理算子对ZnO纳米线薄膜表面形貌的特征参数进行了提取；将表面形貌高度和水平方向的特征参数引入Wenzel模型，分析了合成参数、表面形貌特征参数与接触角的影响关系．结果表明，合成参数变化时，选择取样长度5．0m为宜；生长液浓度大于0．125mol／L时，ZnO纳米线之间发生重结晶，并呈现疏水性；改变种子层溶液浓度和生长时间，均得到超亲水表面．上述结论可用于不同氧化酶、细胞等在ZnO纳米线薄膜上的有效吸附及相应传感器测试性能的进一步提高．关键词：ZnO纳米线，水浴合成，表面形貌，接触角PACS

3、：81．07．Gf,81．10．Dn，06．30．Bp，82．70．UvDOI：10．7498／aps．62．218102均ARMA[15】、有限脉冲响应FIR[16】等，不足是缺1引言乏ZnO纳米线薄膜粗糙表面的相关研究．众多文献对Wenzel模型【l7]和Cassie—Baxter模型【l8]的适用ZnO纳米线具有比表面积大、等电位点高、性进行了研究，但缺少与表面形貌高度、水平方向无毒、生物兼容性强、化学稳定性好、电子转移特征参数的结合[19j201．目前合成参数与表面形貌能力突出等优点，常用于电化学生物传感器[1-3J和关系的研究存在三点不足：一是

4、大部分研究均为单气体传感器【415l中催化酶的固定以及细胞和蛋白个试样制备，无批量制备参数的分析[21]：二是表面的吸附_6J．在ZnO纳米线薄膜的合成方法中，水浴形貌特征参数的获得主要基于扫描电镜(SEM)的法[7-9】操作简便、重复性好、成本低，以及可得到直接测量，表征参数单一、表征数据不充分[22—24]：纯度高、内部缺陷少的ZnO纳米线，所以得到了广三是评定表面形貌时的取样长度值不一致．例如取泛应用．ZnO纳米线薄膜的润湿性能经常用接触样长度小于8gm时，ISO／TC213国际标准[25】未提角(CA)来表征，CA不同，其对氧化酶的固定和吸供相应

5、的推荐值，而国际半导体技术路线图测量部附能力不同．CA的主要影响因素包括ZnO纳米线分仅给出了指导性规定[26，271．薄膜的表面自由能、表面形貌等【10—1引，而表面形针对上述问题，本文仿真分析了特征参数对随貌又受ZnO纳米线合成参数的直接影响．和实验机粗糙表面特性的影响关系；基于水浴法在玻璃基研究相比较，仿真分析可快速、方便、低成本地研底上批量合成了ZnO纳米线薄膜：利用SEM图像究随机粗糙表面的特性，目前已发展出了多种经典和Matlab图像处理算子提取了ZnO纳米线薄膜轮算法，例如快速傅里叶变换FFT[14】、自回归移动平廓的特征参数，并和仿真结果

6、进行了比较；建立了{国家自然科学基金(批准号：51075324，90923001)、教育部科学研究重大项目(批准号：31lOO1)和长江学者和创新团队发展计划(批准号IRT1033)资助的课题．十通讯作者．E—mail：wxjing@mail．xjn1．edu．cn⑥2013中国物理学会ChinesePhysicalSocietyttp：／／wulixb．iphy．at7．cn218102．1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．21(2013)218102ZnO纳米线合成参数与表面形貌特征参数、CA之器有限公司)；Kw4A型台式匀胶机(

7、中国香港鑫有间的影响关系，并讨论了Wenzel模型的适用性．研企业集团有限公司)；BII一3型磁力搅拌器(中国上海司乐仪器有限公司)；FA1004B型精密天平(上海2实验部分佑科仪器仪表有限公司)；DZF．6020型干燥箱(中国上海恒一科技有限公司)；DK．98一IIA型水浴锅(中2．1试剂与仪器国天津泰斯特有限公司)；OCA20型接触角测量仪(德国Dataphysics公司)．载玻片(中国深圳市兴鸿联科技有限公司)；丙酮(C3H6O，中国天津科密欧化学试剂厂)；无水乙2．2实验过程醇(C2H5OH，中国天津科密欧化学试剂厂)；二水醋酸锌(Zn(CH3C

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