氧化锌纳米颗粒及薄膜的可控制备

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氧化锌(ZnO)是一种具有纤锌矿结构的宽禁带隙半导体材料,在室温紫外激光器,场效应管,光电探测器,气体传感器,太阳能电池等方面被广泛的应用。由于ZnO纳米材料的性质不但与其尺寸有关,而且在很大程度上与纳米材料的形状有关,因此关于纳米ZnO材料特别是ZnO纳米材料薄膜的可控制备近年来引起了人们的极大兴趣。目前,人们已经可以通过大量的方法如热蒸发法及湿化学生长法制备了可控纳米氧化锌颗粒及薄膜。湿化学法由于其简单、低成本的优点被人们广泛使用。本文中我们通过简单的湿化学法在90℃制备了不同形貌的氧化锌纳米薄膜及粉体材料。通过两步法,即在导电玻璃基底上预先沉积用于ZnO薄膜生长的“种子”,进而利用低温溶液生长的方法制备了具有不同形状及结构特征的ZnO纳米薄膜材料。在此基础上研究了制备过程中工艺条件如ZnO“种子”,反应物浓度,溶液pH及添加剂等对ZnO薄膜材料结构及形状的影响。当用ZnO或TiO2作为种子时,可制得垂直于导电玻璃基底的ZnO纳米棒薄膜。当用ZnO作“种子”时,通过改变不同的条件,可以得到不同形貌的ZnO纳米棒薄膜。通过改变母体溶液的pH值可以明显影响ZnO纳米薄膜的形貌。导电玻璃上的ZnO纳米薄膜只能在4<pH<11范围内形成。通过简单改变ZnO生长时母体溶液的酸碱性可以达到对ZnO薄膜形貌的控制:弱酸性或中型条件下有利于形成一维棒状ZnO纳米薄膜,相反,弱碱性条件有利于形球状ZnO纳米薄膜,对可能的形成机理进行了推测。当溶液中加入添加剂会明显的影响到ZnO薄膜的形貌。在低温条件下将0.025mol/L(CH26N4和Zn(NO32混合制备了氧化锌粉体。通过增大溶液的pH值及反应物浓度,氧化锌从棒状变为复杂的纳米花状结构。
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