定向生長(zhǎng)的一維ZnO微-納米棒陣列的液相合成與表征.pdf

1、一維ZnO納米材料因其優(yōu)異的光學(xué)性能和電子輸運(yùn)能力，在制作納米電子器件及納米光電子器件等領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。尤其在基底上生長(zhǎng)的1-D ZnO納米線/棒陣列可制作短波激光器和Graetzd太陽(yáng)能電池電極，引起了重多研究者的關(guān)注。目前制備高度有序，定向生長(zhǎng)的ZnO納米陣列多采用氣相法和液相法。氣相法合成的產(chǎn)品雖然純度高、結(jié)晶好、粒度可控，但反應(yīng)條件苛刻、操作復(fù)雜，實(shí)施起來(lái)需要昂貴的儀器和較高的溫度，不利于ZnO納米陣列的大規(guī)模生產(chǎn)，從

2、而制約了其在許多納米器件中的應(yīng)用。與氣相法相比，液相法的主要優(yōu)點(diǎn)是工藝流程簡(jiǎn)單、反應(yīng)溫度較低、無(wú)污染，而且能對(duì)納米棒/線的垂直陣列生長(zhǎng)起到一定的調(diào)控作用，是大規(guī)模制備ZnO納米線/棒陣列的有效方法。 本論文采用一種簡(jiǎn)單的低溫液相法，以導(dǎo)電玻璃片為基底，先以Zn(NO3)2和(CH2)6N4為原料制備ZnO納米晶種，然后再以Zn(NO3)2和NaOH為生長(zhǎng)物源，在強(qiáng)堿性溶液中成功制備出沿c軸高度取向生長(zhǎng)、形貌完好的1一D ZnO微

3、/納米棒陣列。該法操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和，在較低的溫度(85℃)和較短的時(shí)間內(nèi)(1h)即可完成，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 本論文的主要內(nèi)容包括： (1)1-D ZnO微/納米棒陣列的制備 以導(dǎo)電玻璃片為基底，采用引入晶種的方法在Zn(NO3)2/Zn(Ac)2-NaOH體系中制備一維ZnO微/納米棒陣列。研究了各種反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物的影響，得出了1-D ZnO陣列生長(zhǎng)的最優(yōu)條件。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：鋅鹽的種類、鋅

4、離子濃度、鋅堿摩爾比、陳化溫度和陳化時(shí)間等均能不同程度的影響1-D ZnO微/納米陣列的形貌，其中zn(NO3)2的反應(yīng)濃度、陳化時(shí)間是制備形貌較好的1-D ZnO陣列的關(guān)鍵因素。 (2)晶種制備方法和條件對(duì)1-D ZnO微/納米棒陣列的影響 在1-D ZnO微/納米棒陣列生長(zhǎng)的最優(yōu)條件基礎(chǔ)上，改變晶種的制備方法和條件研究1-D ZnO微/納米棒陣列的生長(zhǎng)。以Zn(NO3)2和(CH2)6N4為原料，采用陳化法和沾取法兩

5、種方法制備ZnO納米品種，分別考察了其它條件，如鋅離子濃度、鋅堿摩爾比(Zn2+/(CH2)6N4)、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和退火溫度等對(duì)1-D ZnO陣列的影響，并分別得出了兩種方法的最優(yōu)條件。研究證明：基底上ZnO納米晶種的密度和粒徑是二個(gè)重要因素，它直接影響著后期1-D ZnO微/納米棒陣列生長(zhǎng)的取向性、均勻性和納米棒粒徑的大小。 (3)表面活性劑對(duì)1-D ZnO微/納米棒陣列的影響 采用陳化法制備ZnO納米

6、晶種，在1-D ZnO微/納米棒陣列生長(zhǎng)的最優(yōu)條件的基礎(chǔ)上，添加不同的離子型表面活性劑制備1-D ZnO微/納米棒陣列，研究生長(zhǎng)液中的添加劑對(duì)1-D ZnO微/納米棒陣列的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)溶液中添加陽(yáng)離子表面活性劑CTAB且濃度較低時(shí)，產(chǎn)品沿c軸的的取向性和均勻性均有所提高，陣列中納米棒的粒徑減小。當(dāng)添加陰離子表面活性劑SDS和SDBS時(shí)，均能使產(chǎn)品的粒徑明顯減?。旱捎诙叩慕Y(jié)構(gòu)不同，隨濃度增加，SDS能使陣列的取向性增強(qiáng)，而S