四针状氧化锌晶须研究的现状是:生长机理不清楚,基础理论研究薄弱;制备研究时都采用高纯锌粉为原料,有时还需进行十分繁琐的锌粉预处理和加入大量催化剂,难以形成规模生产,成本较高,阻碍了其本应得到的普遍推广和应用。本课题正是针对上述问题而展开的,目的是在深入研究其成核和生长理论的基础上探索直接利用工业热镀锌渣制取四针状氧化锌晶须的最佳工艺条件,从而开发出拥有自主知识产权的制备高纯四针状氧化锌晶须的新技术。 本文首先研究了液态锌——锌蒸气——氧化——结晶过程的热力学和动力学。热力学研究表明锌蒸气在沸点附近比在熔点附近更容易被双原子惰性气体所冷凝,因此,在一定的条件下,锌蒸气可以凝聚生成锌液滴;在锌的沸点以下,反应体系中锌的分压可以由液态锌的蒸发平衡来调节。动力学研究表明液态锌的蒸发除了与温度有关外,还显著地受气相成份的影响,随着气相中氧含量的提高,锌的蒸发速度增大,并且,锌的蒸发速度在各种气氛条件下都是线性的。 根据晶须的VS和VLS生长机制所包含的物理化学原理,研究了晶须的生长速度。VS生长是气相原子撞击在晶须表面后再沿表面扩散至生长点的过程,由晶须表面的原子平衡方程导出其生长速度,得知在一定的条件下,晶须的生长速度是恒定的。VLS生长受液相—晶相之间的扩散传质过程控制,由表面能即Gibbs—Thomson效应可推导出生长速度V的平方根与晶须直径d的倒数呈线性关系。