三維花狀ZnO微晶的液相合成及其形成機理.pdf

1、ZnO是一種重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下能帶帶隙為3.37eV，激發(fā)子束縛能高達60meV，由于其在紫外波段具有很強的自由激子躍遷發(fā)光，因而在光電領(lǐng)域如變阻器、氣體傳感器、太陽能電池、紫外遮蔽材料、紫外激光器等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。此外，ZnO還可用作顏料，橡膠添加劑，催化劑，高檔化妝品，藥物載體等。由于結(jié)構(gòu)和形貌等因素對于材料的性能和應(yīng)用有較大的影響，因此合成不同形貌的納米ZnO已引起人們極大的興趣。與其他半導(dǎo)體材料相比，ZnO具

2、有極其豐富的特殊形貌，如花狀、塔狀、樹枝狀、海膽狀、蒲公英狀、環(huán)狀等。這些豐富的特殊形貌可能使其具有一些新的性能并有望在納米激光器件及微電子設(shè)備等方面發(fā)揮作用。 本論文采用一種新型的液相法合成3-D ZnO微/納米晶體，以ZnCl<,2>(或Zn(NO<,3>)<,2>)和NaOH為原料，不添加任何模板劑，恒溫(<100℃)陳化數(shù)小時，即可得到形貌完美的3-D花狀ZnO晶體。該方法具有原料簡單，綠色環(huán)保，溫度低，時間短，產(chǎn)率高(

3、90％以上)等特點。此外我們對不同形貌的ZnO結(jié)構(gòu)材料的形成機理進行系統(tǒng)的研究，為實現(xiàn)對ZnO納米結(jié)構(gòu)形貌和尺寸的調(diào)控提供理論依據(jù)。 本論文的主要內(nèi)容包括： (1)三維花狀ZnO微晶的生長機理研究以ZnCl<,2>-NaOH為體系，通過跟蹤反應(yīng)過程中不同時間溶液中Zn(Ⅱ)濃度以及產(chǎn)物的物相和形貌，揭示了3-D花狀ZnO晶體在液相反應(yīng)中的成核、生長機理。結(jié)果表明：由Zn(OH)<,4><'2->→ZnO的相變過程，遵循均

4、勻溶液飽和析出機制；這種特殊的3-D結(jié)構(gòu)是由于早期階段大量ZnO晶核發(fā)生聚集生長造成的；控制溶液的堿度以調(diào)控ZnO晶體成核、生長速率，從而達到對晶體的形貌和粒徑的調(diào)控。 (2)三維花狀ZnO微晶的控制合成以ZnCl<,2>-NaOH為體系，采用恒溫陳化法制備三維ZnO微晶，并研究了各種反應(yīng)條件對產(chǎn)物的影響。結(jié)果表:ZnCl<,2>與NaOH的摩爾比、初始反應(yīng)物濃度、陳化溫度以及溶劑介質(zhì)均能不同程度地影響3-D花狀ZnO晶體的形貌