[发明专利]一种电场辅助制备一维纳米ZnO晶须的方法

说明书

技术领域

本发明涉及低维材料领域，具体涉及一种通过电场辅助制备一维纳米ZnO晶须的方法。 

背景技术

近几十年，众多国内外学者致力于一维ZnO晶须材料制备技术的研究工作。一维ZnO晶须材料是一种宽禁带，直接带隙3.37eV，Ⅱ-Ⅵ族半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV，存在显著的室温激子效应，在太阳能电池、光敏材料、离子电池、催化等方面具有广泛的用途。目前已有很多文献报道了关于一维ZnO的制备制备方法。其中： 

张琳丽等使用醋酸锌为原料通过一步溶液法成功制备了一维ZnO棒状结构（张琳丽，郭常新，陈建刚，胡俊涛，醋酸锌一步溶液法制备的各种形貌ZnO棒[J]，发光学报，第26卷，第4期，2005年8月），通过使用六亚甲基四胺或三乙醇胺作为模板剂，棒状结构的直径为0.8～2μm，长径比可以达20～70。 

吕玉珍等通过简单的水热合成方法（吕玉珍，郭林，李成榕，汪佛池，简单溶液法制备氧化锌晶须及光学性质[J]，发光学报，第30卷，第4期，2009年8月），在未添加任何表面修饰剂的条件下通过醋酸锌与氨水反应成功制备了针状纳米ZnO单晶，其平均直径为120nm，长径比50左右。并且研究了其光学性质，通过该方法制备的ZnO晶须在386nm处具有一个尖锐的紫外发光峰,发射光谱的半峰全宽仅为18nm,在可见光区有一个较弱的宽频发光带。 

李平等以Zn(Ac)₂和NaOH为原料采用一步化学溶液法（李平，一步化学溶液法合成纳米管[J]，无机化学学报，第25卷第2期，2009年2月），同时添加两种表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十二烷基硫酸钠(SDS)制备出形貌规则结晶良好的一维ZnO纳米管，同时研究了其光致发光特性，管外径为720～780nm，管壁厚约120nm，平均长度为1.5μm。 

赵蔚等同样使用SDS或SDBS作为表面活性剂（赵蔚，边丽，谢娟，针状氧化锌的控制合[J]，材料导报B：研究篇，2011年11月（下），第25卷，第11期；），利用简单的低温陈化法，以ZnCl2和NaOH为原料，阴离子表面活性剂SDS或SDBS为添加剂，成功制备了不同长径比的一维结构ZnO晶体，直径700nm～1μm、长度12μm左右，长径比20～40。通过对一维ZnO晶体生成机理研究发现：阴离子表面活性剂能够有效降低ZnO的成核、生长速率，促进其沿[0001]方向生长成为长径比较大的针状形貌。 

Sunandan Baruah等介绍了通过水热法制备一维ZnO晶须的方法（Sunandan Baruah,Joydeep Dutta,Hydrothermal growth of ZnO Nanostructures[J],Technol.Adv.Mater.10(2009)013001(18pp)），直径为300nm，长径比可以达到50～100，并且通过综述之前的研究成果，提出了其在水热条件下的生长机理。 

Lionel Vayssieres与Youngjo Tak等分别通过一种新的溶液法在硅基板上生成了ZnO纳米阵列（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;），该ZnO晶须直径为50～90nm，长度约为1.7μm，长径比可以达到200以上。而且ZnO晶须垂直于基板整齐排列。 

上述专利文献所报道的关于一维ZnO晶须的制备方法主要是溶液法以及水热合成方法，制备过程中均加入模板剂控制ZnO的生长方向，从而得到不同的直径与长径比的ZnO。目前溶液法与水热合成法使用较多的模板剂有：无机阴离子，十二烷基苯磺酸钠，十二烷基硫酸钠，醇胺类，六亚甲基四铵等。溶液法反应温度低，在60～90℃条件下，可得到的1μm左右、长径比10～30的ZnO晶须；而水热合成法反应温度较高，在100～200℃下，可得到直径从几十到几百纳米，长径比可以高达100的ZnO晶须。以上两种方法(溶液法以及水热合成方法)均通过模板剂的浓度、反应时间、反应温度等工艺条件的变化以控制所获得的一维ZnO晶须材料直径与长径比，其晶须生长的影响因素较多且控制复杂，所得到的一维ZnO长径比较小，一般10～50之间。