用水热合成法制备取向ZnO纳米线阵列及特性研究

备考方略　④　用水热合成法制备取向Ｚｎ０纳米线阵列及特性研究　■苏雪松　随着纳米材料、光电材料、生物材料等领域的快　速发展，对于材料的认识开发将取得长足进步。作为　实验所需的药品有：浓氨水，水；硝酸锌、六次甲基四　胺、水。　贯穿材料、光电和生物领域的低维晶体材料也将得　到前所未有的发展。自从１９９１年制备了碳纳米管以　来，纳米管就因为其独特的性能而备受瞩目。由于纳　实验所用水均为离子交换水，准备的载玻片为玻　璃片、硅片、锌片（退火后和退火前）。锌片（４ｘＯ．５ｃｍ）　用无水乙醇和一次水超声清洗，将载玻片放入溶液　米管的直径很小，存在着显著的量子尺寸效应，因此　它们的光物理和光化学性质迅速成为目前最活跃的　研究领域之一，氧化物纳米管有望在光电信号的传　输和高分辨化学透镜等方面得到广泛应用。由于纳　米管表面大，与反应物的接触面积就大，可以大大提　高其催化效果，氧化物纳米管显示出了优良的催化　性能。由于纳米管表面体积比较高，使其电学性质对表面吸附非常敏感，当外界环境（温度、光、温度）等　因素改变时，会迅速引起界面离子、电子运输的变　化，利用其电阻的显著变化可做成响应速度快的传　感器。正因为纳米管有着如此广阔的应用前景，对氧　化物纳米管的制备和应用的研究已经引起了科学家　们极大的兴趣。现在国内外已经有人用各种方法制　备出了多种氧化物纳米管，如氧化钛、氧化钇、氧化　铝、ＺｎＯ、稀土、氧化钒等纳米管。　本课题的研究意义与目的：制备Ｚｎ０纳米阵列　的方法有很多，如激光法、ＣＶＤ法、溅射法、分子束外　延法、脉冲激光沉淀等，其中有的方法制备的纳米材　料质量高，通过反应的压力、温度等实验条件的改　变，可得到不同的纳米结构。但这些方法有一个共同　特点：都必须使金属或金属氧化物气化，所以制备温　度高，设备比较昂贵。化学法与气相法相比，反应条　件温和，制备温度低，实验容易控制，易于大规模生　产，但难得到晶型较好的产物。　我们发现了更为简便易行的方法——水热合成　法。水热合成法可以在较低的温度下进行，在通常的　实验室中就可以反应得到，通过控制反应溶液的浓　度，反应的时间与反应的温度等条件来控制产物的　形貌和尺寸，如在玻璃基底上生长出来的纳米阵列　可以应用于荧光性、紫外线遮蔽材料，在ｚｎ基底上　生长的纳米线可以应用于传感器、压电的实验，因　此，水热合成法制备ＺｎＯ纳米材料是一条简单有效　的方法。　一　实验过程与分析　本实验研究的是用化学方法制备ＺｎＯ的纳米阵　列，而采用的方法是水热法。其制备过程如下：　在实验进行前先准备好所需的药品及工具，本　中，密封，放入加热炉中，在给定温度下加热给定的时　间。冷却至室温后取出，用去离子水反复冲洗，自然干　燥。在扫描电子显微镜下观察Ｚｎ０纳米阵列。　调整实验参数、实验的温度，在以氨水为原料的　反应中，温度为ｌ５０℃和１００℃进行比较所得的Ｚｎ０纳　米线；改变氨水在反应中的浓度，在浓度分别为１：　４０、１：１３、１：８的溶液里生长纳米线；在以硝酸锌、六次　甲基四胺为原料的反应中改变基底，分别在玻璃片、　Ｓｉ片、ｚｎ片上生长纳米线，并制成样品用ＳＥＭ进行检　测，分析可制得较多Ｚｎ０纳米线阵列的最佳实验条　件。　二、结果及讨论　通过实验与对比分析表明，利用氨水与锌片反　应，得到了Ｚｎ０纳米线的整齐阵列，纳米线较长，大　约在３　４纳米之间，颗粒较大，通过反应还可以知　道，延长反应时问可以使纳米线的半径加大，增加反　应浓度可以使纳米取向性质更好，但过高的温度不　会使纳米阵列生长得更长或者是半径增大，所以升　高温度不是提高Ｚｎ０纳米阵列的好方法。　利用硝酸锌与六次甲基四胺为原料，在锌片上　得到的纳米线要长于在玻璃片上得到的纳米线，半　径比氨水中得到的纳米线要长，通过ＳＥＭ和ＸＲＤ技　术检测样品的形貌和晶体结构，表明产物为六角纤　锌矿多晶ＺｎＯ。　以气相ＣＶＤ法为参照，我们可以更清楚地对比　出水热法制备ＺｎＯ纳米阵列的优点，其排列整齐，半　径易于控制，形状六角纤锌矿结构，更适合纳米阵列　关于压电、激光、场效应等特性的应用。　综上所述，用水热法制备Ｚｎ０纳米阵列，易于控　制，生长的阵列均匀且较长，形状为六角纤锌矿结　构，适用于各种纳米阵列的实验及应用，水热法比激　光烧蚀法、高温蒸发冷凝法等要求的温度要低，可在　１００℃左右完成实验，比起各种化学气相沉积法，水　热法可在各种材料的载玻片上实现，并且所生长的　阵列比沉积法更整齐，水热法将会有更广阔的前景，　能更多地满足研究的需要。　（作者单位：辽宁省盘锦市盘山县高中）