锌铝类水滑石和ZnO复合结构的制备及其性能研究

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纳米材料相较于一般的体材料具有更优越的光、电、磁、热和气敏特性,具有更广阔的应用前景。纳米材料的性能与其形貌和结构有着密不可分的关系,通过选择不同的制备方法,严格控制制备过程等手段可以控制纳米材料的尺寸、形貌以及微结构,从而获得具备某种特殊性能的材料。ZnO作为一种重要的宽禁带半导体材料,室温下的激子束缚能为60meV,可以实现很好的紫外发光,在短波发光方面有十分重要的应用前景。然而,高质量、性能稳定的ZnO材料制备一直是限制ZnO紫外发光研究的一个难题,严重影响了ZnO基光电器件的研究进展。本文利用低温水浴法,在多孔阳极氧化铝(AAO, Anodic Aluminum Oxid)基底上制备出均匀性较好的锌铝类水滑石(Zn-Al LDH, Zn-Al Layered Double Hydroxid)纳米材料,然后在Zn-Al LDH纳米材料上生长制备了ZnO纳米棒,获得了ZnO/Zn-Al LDH复合结构,最后对复合结构的发光特性和浸润性进行了研究。本文的主要研究内容和结论如下:首先,以高纯铝片为原料,利用二次阳极氧化法在草酸溶液中制备出了形貌可控的AAO。研究发现,氧化时间、氧化电压以及扩孔时间对AAO的形貌影响较大,氧化时间控制为2h,氧化电压为40V,扩孔时间为1h制备出来的AAO有序性和一致性较好,为下步材料的制备提供良好的基底。第二,以乙酸锌和六次甲基四胺作为反应溶液,利用低温水浴法在AAO基底上制备出了大面积连续性较好的Zn-Al LDH纳米结构,同时分析了反应溶液浓度、反应物浓度比、反应温度和反应时间对Zn-Al LDH纳米结构形貌的影响。第三,用制备好的Zn-Al LDH纳米结构作为基底,以乙酸锌和六次甲基四胺作为反应溶液,利用水浴法在Zn-Al LDH纳米结构上制备出了六棱柱状ZnO纳米棒。同时,具体研究了反应物浓度、反应温度、反应时间以及反应物浓度比对ZnO纳米棒结构和形貌的影响。最后,对制备出的ZnO/Zn-Al LDH复合结构的发光特性及浸润性进行了测试和分析。研究发现,复合结构在380nm附近出现较为尖锐的紫外发光峰,在420nm附近出现强度较大的近紫外发光峰,在550nm附近出现波长范围较宽的可见光发光带。制备的复合结构表现出亲水性,接触角在液滴与样品接触的瞬间为20。左右,并且在2s内水滴完全铺展至5°以下。
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