[發明專利]一種電場輔助制備一維納米ZnO晶須的方法

有效

• 申請號: 201310143243.6
• 申請日: 2013-04-12
• 公開（公告）號: CN103320867A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 王浩;黃志新;程磊;梅森
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C30B30/02
• 分類號: C30B30/02;C30B28/04;C30B29/62;C30B29/16
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發明涉及低維材料領域，具體涉及一種通過電場輔助制備一維納米ZnO晶須的方法。?

背景技術

近幾十年，眾多國內外學者致力于一維ZnO晶須材料制備技術的研究工作。一維ZnO晶須材料是一種寬禁帶，直接帶隙3.37eV，Ⅱ-Ⅵ族半導體材料，室溫下禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達60meV，存在顯著的室溫激子效應，在太陽能電池、光敏材料、離子電池、催化等方面具有廣泛的用途。目前已有很多文獻報道了關于一維ZnO的制備制備方法。其中：?

張琳麗等使用醋酸鋅為原料通過一步溶液法成功制備了一維ZnO棒狀結構（張琳麗，郭常新，陳建剛，胡俊濤，醋酸鋅一步溶液法制備的各種形貌ZnO棒[J]，發光學報，第26卷，第4期，2005年8月），通過使用六亞甲基四胺或三乙醇胺作為模板劑，棒狀結構的直徑為0.8～2μm，長徑比可以達20～70。?

呂玉珍等通過簡單的水熱合成方法（呂玉珍，郭林，李成榕，汪佛池，簡單溶液法制備氧化鋅晶須及光學性質[J]，發光學報，第30卷，第4期，2009年8月），在未添加任何表面修飾劑的條件下通過醋酸鋅與氨水反應成功制備了針狀納米ZnO單晶，其平均直徑為120nm，長徑比50左右。并且研究了其光學性質，通過該方法制備的ZnO晶須在386nm處具有一個尖銳的紫外發光峰,發射光譜的半峰全寬僅為18nm,在可見光區有一個較弱的寬頻發光帶。?

李平等以Zn(Ac)₂和NaOH為原料采用一步化學溶液法（李平，一步化學溶液法合成納米管[J]，無機化學學報，第25卷第2期，2009年2月），同時添加兩種表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)和十二烷基硫酸鈉(SDS)制備出形貌規則結晶良好的一維ZnO納米管，同時研究了其光致發光特性，管外徑為720～780nm，管壁厚約120nm，平均長度為1.5μm。?

趙蔚等同樣使用SDS或SDBS作為表面活性劑（趙蔚，邊麗，謝娟，針狀氧化鋅的控制合[J]，材料導報B：研究篇，2011年11月（下），第25卷，第11期；），利用簡單的低溫陳化法，以ZnCl2和NaOH為原料，陰離子表面活性劑SDS或SDBS為添加劑，成功制備了不同長徑比的一維結構ZnO晶體，直徑700nm～1μm、長度12μm左右，長徑比20～40。通過對一維ZnO晶體生成機理研究發現：陰離子表面活性劑能夠有效降低ZnO的成核、生長速率，促進其沿[0001]方向生長成為長徑比較大的針狀形貌。?

Sunandan?Baruah等介紹了通過水熱法制備一維ZnO晶須的方法（Sunandan?Baruah,Joydeep?Dutta,Hydrothermal?growth?of?ZnO?Nanostructures[J],Technol.Adv.Mater.10(2009)013001(18pp)），直徑為300nm，長徑比可以達到50～100，并且通過綜述之前的研究成果，提出了其在水熱條件下的生長機理。?

Lionel?Vayssieres與Youngjo?Tak等分別通過一種新的溶液法在硅基板上生成了ZnO納米陣列（Youngjo?Tak,Kijung?Yong,Controlled?Growth?of?Well-Aligned?ZnO?Nanorod?Array?Using??a?Novel?Solution?Method[J],J.Phys.Chem.B2005,109,1926319269;Lionel?Vayssieres,Growth?of?arrayed?nanorods?and?nanowires?of?ZnO?from?aqueous?solutions;），該ZnO晶須直徑為50～90nm，長度約為1.7μm，長徑比可以達到200以上。而且ZnO晶須垂直于基板整齊排列。?

上述專利文獻所報道的關于一維ZnO晶須的制備方法主要是溶液法以及水熱合成方法，制備過程中均加入模板劑控制ZnO的生長方向，從而得到不同的直徑與長徑比的ZnO。目前溶液法與水熱合成法使用較多的模板劑有：無機陰離子，十二烷基苯磺酸鈉，十二烷基硫酸鈉，醇胺類，六亞甲基四銨等。溶液法反應溫度低，在60～90℃條件下，可得到的1μm左右、長徑比10～30的ZnO晶須；而水熱合成法反應溫度較高，在100～200℃下，可得到直徑從幾十到幾百納米，長徑比可以高達100的ZnO晶須。以上兩種方法(溶液法以及水熱合成方法)均通過模板劑的濃度、反應時間、反應溫度等工藝條件的變化以控制所獲得的一維ZnO晶須材料直徑與長徑比，其晶須生長的影響因素較多且控制復雜，所得到的一維ZnO長徑比較小，一般10～50之間。?