ZnO一维纳米材料的制备编辑制作：614内容提要摘要ZnO材料的基本性质一维ZnO纳米材料的主要结构形貌一维ZnO 纳米材料的制备方法一维ZnO 纳米材料的性能及其应用摘要ZnO是一种新型宽禁带一Vl族化合物半导 体材料。因具有优良的光电性能，目前已被 广泛地研究应用到发光二极管、光伏电池、 激光等光电领域。自从发现室温下ZnO纳米 线的紫外激光发射以来，一维ZnO纳米材料 如纳米棒、纳米管、纳米带等由于在纳米器 件和光电器件中的潜在应用前景而受到了人 们极大的关注。关键词： ZnO纳米材料 制备 应用ZnO材料的基本性质ZnO有三种不同的晶体结构。它们分别是:(1)纤锌矿(wurtZite)，六方纤锌矿结构是自 然条件下ZnO最稳定的一种晶体结构，因而 通常情况下的ZnO都是纤锌矿结构的。纤锌 矿晶体结构原子堆积最紧密，具有六方对称 性。ZnO的稳定相是六方纤锌矿结构，晶格 常数a=0.32496nm，c=0.52065nm，它由 Zn原子和O原子各自组成的六方排列的双原 子层沿001方向堆积而成。(2)闪锌矿(Zineblende);立方闪锌矿结构的ZnO可以 在立方相结构的衬底上外延生长得到，具体结构如 图1一1所示。闪锌矿ZnO晶格常数a=0.4463nm(3)岩盐(roeksalt)，只在高压下存在。自然条件下， 其结晶态是单一稳定的六方纤锌矿(wurtzite)结构， 属于六方晶系，空间群为C6v4(P63mC)。室温下， 当压强达到 9GPa左右时，纤锌矿结构的ZnO转变 为四方岩盐矿结构，即NaCI型晶体结构，体积相应 缩小17%，这种高压相当外加压力消失时依然会保 持在亚稳状态，不会立即重新转变为六方纤锌矿结 构。Bragg等人在亚稳的ZnO薄膜中还观察到了立 方的闪锌矿结构。ZnO的物理性质ZnO的分子量为81.39，密度为5.6069/cm3， 无毒、无臭、无味、无砂性，系两性氧化物 ，能溶于酸、碱以及氨水、氯化钱等溶液， 不溶于水、醇(如乙醇)和苯等有机溶剂。熔点 为1975，加热至1800升华而不分解。一维纳米ZnO材料的主要结构形貌所谓一维纳米材料是在二维方向上为纳米尺度，长 度上为宏观尺度的新型材料。近十几年来，人们利 用各种方法陆续合成了多种一维纳米材料，如:纳米 管、纳米棒、纳米线、半导体量子线、纳米带和纳 米线阵列等。ZnO不仅拥有其他材料难以比拟的丰富多样的优秀 性能，同时纳米ZnO是到现在为止所发现的形貌、 结构最丰富多样的纳米材料，其典型的结构有:粉体 、纳米线、纳米棒、纳米管、纳米带、纳米锯、纳 米螺旋、纳米环、纳米笼等。典型一维ZnO纳米结构形貌图一维ZnO 纳米材料的制备方法目前制备ZnO一维纳米结构的方法很多，有模板合成 法、溶剂热合成法、气相合成法、微乳液法、电化 学合成法、化学反应自组装法、溶胶一凝胶法等。1)模板合成法制备ZnO纳米线或纳米棒主要以多孔阳极氧化铝模 AAM为模板。AAM孔洞为六角柱形垂直模面呈有序 平行排列，孔密度大，孔径在5200nm范围内可调 。通过直流电沉积制备纳米线时，可以将覆有导电 基底的氧化铝模板作为纳米孔阵列电极来研究。一维ZnO 纳米材料的制备方法2)溶剂热合成方法 溶剂热合成法较为简单，应用范围比较广。此法所 用的溶剂可以是水，也可以是有机溶剂，但大多数 情况下是用水溶液作为反应介质，即水热合成法。 水热法制备ZnO纳米线时一般都会加入表面活性剂 作为分子模板来控制合成结构为一维。这是因为晶 体的形状可以由生长动力学来控制:生长速度最快的 面往往会消失，而生长速度较慢的面会留下来。此 法制备纳米棒往往会有比较尖的顶端，这是由于它 们的(0001)面的生长速度最快，最后消失所导致。 水热法是一种简单的，成本低廉的，可在温和条件 下制备ZnO一维纳米结构的方法。一维ZnO 纳米材料的制备方法(3)气相合成法气相合成法是制备ZnO一维纳米结构通常的方法， 也是被研究的最多的一种方法。其制备过程的参数 可控，容易实现控制生长，实现自底向上构造ZnO 纳米器件的主要方法。按照生长机制， ZnO一维纳 米结构的制备方法大致可分为三类:分解金属有机化合物前驱体的方法、Zn粉热蒸发沉 积的方法和ZnO粉热蒸发气相传输沉积的方法。(4)微乳液法 微乳液法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂 的作用下形成一个均匀的乳液，从乳液中析出固相 ，使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微 小的球形液滴内，避免了颗粒之间进一步团聚。这 种非均相的液相合成法具有粒度分布较窄且容易控 制的特点 (5)电化学合成法 电化学合成法一般以锌盐和弱碱或氧为前驱物，在 导电玻璃、硅片等导电基底上恒电位或恒电流电沉 积一层ZnO膜。通过调节前驱物的浓度、弱碱的种 类可以合成不同形貌、不同尺寸的ZnO，目前采用 较多的是ZnO纳米棒以及纳米管的电化学制备。 电化学方法的优点是，较容易控制Zno的尺寸，Zno 的生长速度快，可生成大面积的均一的一维ZnO的 阵列，操作简单，反应条件温和，温度较低，一般 不超过100。一维ZnO 纳米材料的性能及其应用ZnO是一种多功能的化合物半导体材料，由于具有良好的光 电特性、压电特性、气敏性、易于集成化等特点，因而在光 电子器件、光伏器件、声表面波器件、压电器件、气敏元件 等方面得到了广泛应用，尤其在蓝、紫外光电器件中发挥着 重要的作用。ZnO光电器件 ZnO禁带宽和高光电导特性使其在近紫外探 测器中具有很大发展前景。很多制作工艺用来制备ZnO薄膜 材料，从而制作光电导以及肖特基紫外探测器。ZnO压电器件 ZnO薄膜具有良好的压电特性，例如高机电 祸合系数和和较低的介电常数，可以作为声表面波 (SAW)的 理想材料之一。日本松田公司已经在蓝宝石衬底上外延生长 zno薄膜，作出了1.5GHz低损耗超高频SAW滤波器，目前已 经研究2GHz产品。ZnO气敏元件 材料表面吸附各种不同气体后，材料电阻率 发生变化，从而表现出气敏特性。ZnO材料对CO、C2H5OH 、H2、NO2等气体比较敏感，电阻率变化比较大，从而是气 敏元件的一种良好选择材料.目前，使用各种技术己经制备出 了对CO、CH4、H2等气体有较高灵敏度的ZnO纳米气敏元 件。ZnO太阳能电池THE END