不同基底下生长氧化锌纳米线
二氧化硅基底生长氧化锌纳米线
二氧化硅（SiO2）基底上生长氧化锌（ZnO）纳米线是一种常见的材料结构，具有广泛的应用潜力。
以下是关于该结构的一些特点和应用：
1.结构特点：氧化锌纳米线是以二氧化硅基底为支撑物，在其表面上沉积生长出来的纳米
线状结构。
这些纳米线通常具有高度的晶体质量、较大的比表面积以及优良的光电性能。
2.生长方法：氧化锌纳米线的生长可通过多种方法实现，如化学气相沉积、溶液法等。
在
二氧化硅基底上生长氧化锌纳米线时，常使用热蒸发或物理气相沉积等技术。
3.光电性能：氧化锌纳米线具有优异的光电性能，包括高透明性、高光吸收率、宽带隙、
快速载流子传输等特点，因此在太阳能电池、光电器件、光催化等领域具有广泛应用前景。
4.器件应用：由氧化锌纳米线制备的器件广泛应用于光电器件领域，如柔性显示器、传感
器、发光二极管（LED）和激光器等。
纳米线结构的高比表面积有利于提高器件的性能和效率。
5.催化应用：氧化锌纳米线还具有优良的催化性能，可用于有机废水处理、催化剂载体以
及气敏传感器等领域。
总之，二氧化硅基底上生长氧化锌纳米线是一种重要的材料结构，在光电器件、催化和传感器等领域具有广泛的应用潜力。
其独特的结构和性能使之成为研究和开发新型功能材料的重要方向。
水热法制备不同形貌的氧化锌纳米结构
水热法制备不同形貌的氧化锌纳米结构李琛;周明;沈坚【摘要】The hydrothermal method was developed here to prepare ZnO nano-structure with different morphology on different seed layer.The substrates include silicon wafer,silicon wafer deposited with ZnO thin film,silicon wafer deposited with ITO thin film,etc.We investigated the influence of different seed layer on the morphology of ZnO nano-structure.We also prepared ZnO nano-structure on ZnO seed layer and ITO seed layer under different temperature to study the influence of temperature and seed layer on the length of nano-rod.Scanning electron microscopy（SEM） and X-ray diffraction（XRD） were developed to characterize the samples.The results showed that seed layer,reaction time,growth temperature and methanamide concentration had a great influence on the morphology of nano-structure.Nano-rod formed on ITO seed layer is shorter than prepared on the ZnO seed layer.From the SEM picture it also would be seen that the diameter and length of nano-rod increased as temperature goes high.X-ray diffraction peak at 34.6℃ had a strong（002） wurtzite peaks,which showed a high degree of c-axis oriented nanorod arrays and good crystalline quality.%采用水热法,用甲酰胺水溶液和锌片建立反应体系,在不同种晶层上制备出不同形貌的ZnO纳米结构,所用基底有Si片、镀有ZnO薄膜的Si片、镀有ITO薄膜的Si片、涂有ZnO粉末的Si片等,研究了不同的种晶层对ZnO纳米结构的形貌的影响。
不同形貌的纳米氧化锌
参考文献
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ZnO纳米线的生长与排列
东南大学硕士学位论文ZnO纳米线的生长与排列姓名：赵茂聪申请学位级别：硕士专业：物理电子学指导教师：徐春祥20090301ZnO纳米线的生长与排列作者：赵茂聪学位授予单位：东南大学1.学位论文张献祥钨针尖上氧化锌纳米线的制备和场发射性能研究2009氧化锌(ZnO)纳米材料作为一种宽禁带半导体材料，具有场发射材料所需要的许多性质。
氧化锌纳米材料已经成为场发射材料的研究热点。
虽然有关氧化锌纳米材料的研究已经很多，但是对几根氧化锌纳米线的研究很少。
<br> 本研究的重点和目的就是研究氧化锌纳米线端口和侧壁场发射特性。
为了达到此目的，本实验采用的样品是生长在钨针尖上的氧化锌纳米线。
为了制备适合场发射研究的样品，本研究采用了最简易的生长设备和最常用的制备氧化锌纳米线的方法：直接加热锌粉的方法。
<br> 选取适宜进行氧化锌纳米线场发射性能测试的样品：钨针尖上定向ZnO纳米线和钨针尖上非定向ZnO纳米线。
并对这两种样品分别测试ZnO纳米线端口场发射性能和ZnO纳米线侧壁场发射性能。
获得了令人满意地结果：清晰的氧化锌纳米线端口场发射图像(正六边形的环)。
这一结果是比较新颖的，目前还没有类似的文章报道。
这一结果同时也说明了氧化锌纳米线正六边形端口(0001)面的场发射来自边和角，电场在端面各处分布不均。
对此结果还用ANSYS对氧化锌纳米线端口电场分布进行模拟。
结果显示氧化锌纳米线端口正六边形的角和边处的电场比其他地方大得多。
这正就证明了氧化锌纳米线正六边形端口(0001)面的场发射来自边和角，电场在端面各处分布不均。
<br> 重点分析了一下热处理对端口场发射性能的影响。
结果发现热处理具有正反两面的作用：使场发射稳定和使场发射性能下降。
<br> 氧化锌纳米线侧壁场发射性能测试结果显示相同电压下侧壁发射性能不如端口发射好。
加热处理产生的热量容易使得这些较细的氧化锌纳米线蒸发。
基底的选择和处理对Zn,ZnO膜生长的影响
基底的选择和处理对Zn/ZnO薄膜生长的影响摘要：影响薄膜择优取向的因素很多，基底的选择及处理对薄膜的择优取向作用非常显著，作品基于基底材料的点阵与沉积材料的点阵匹配情况、基底表面自由能、基底表面的极化面是基底对薄膜生长取向作用的三个主要方面：选择具有较强织构的单晶硅（100）、具有一定取向的多晶金属基底，无任何织构的非晶基底以及经过一定预处理具有生长基胚的基底的4类基底上进行了金属锌和氧化锌的镀膜对比实验，结合XRD分析结果对基底对薄膜生长的影响及其机理进行了探讨。
关键词：基底选择薄膜生长择优取向Vacuum coating in basal choice and treatment on the influence of Zn film growthAbstract:The influence of film preferred orientation have many factors, basement and basement treatment on the film of preferred orientation effect is very significant, the work based on the basal material lattice and sedimentary materials lattice match, basal surface free energy, basal surface polarization surface is base on the growth of thin films is role orientation of the three main aspects: choose to have strong texture of monocrystalline silicon (100), has certain orientation of polycrystalline metal base, without any texture of amorphous basement and after a certain pretreatment with growth base embryonal basement of 4 class base on the metal zinc and zinc oxide of coating contrast experiment, combined with XRD results of the analysis, the influence of substrate on the growth of thin films is extremely mechanisms are also discussed.Keywords: basal selection, the growth of thin films, preferred orientation1、引言薄膜材料作为一种主要的功能材料，在现代科学技术领域以及社会经济发展中扮演了越来越重要的角色[1-3]，相应真空镀膜技术被誉为最具发展前途的重要技术之一，在高技术产业化的发展中展现出诱人的市场前景，已在国民经济各个领域得到应用，如航天、航空、电子、信息、化工、机械、环保、石油、军事等。
氧化锌纳米线制备
氧化锌（ZnO）纳米线的制备方法主要有以下几种：
1.热蒸发法（Thermal Evaporation Method）：将ZnO粉末放在热的石英玻璃管中，
加热到高温，ZnO开始蒸发并在玻璃管内的基板上形成纳米线。
2.水热法（Hydrothermal Method）：将ZnO沉淀物悬浮在水溶液中，将其加热，通
过化学反应，ZnO纳米线在水溶液中生长并沉淀到基板上。
3.气相输运法（Vapor Transport Method）：在气氛气体中将Zn粉末和O2混合，
并将其通过热的石英玻璃管，ZnO纳米线在玻璃管内形成，并沉积在基板上。
4.溶胶凝胶法（Sol-Gel Method）：将ZnO溶胶和基板悬浮在水溶液中，通过干燥和
热处理制备ZnO纳米线。
这些方法都可以制备高质量的氧化锌纳米线，但具体的制备步骤和条件可能有所不同。
纳米氧化锌实验报告
实验3 氧化锌纳米阵列的制备【摘要】水热法是合成氧化锌纳米阵列的基本方法之一，通过本实验进一步研究氧化锌纳米线的制备工艺，学会氧化锌纳米线透射率的测量方法，并掌握半导体材料禁带宽度的基本计算方法。
【关键字】水热法纳米线禁带宽度0.引言氧化锌（ZnO）是一种具有纤锌矿结构的Ⅱ－Ⅵ族化合物半导体，由于其具有优异的光电性质而有很大的使用价值和研究价值，如它对可见光的高透过率,能用作透明导电涂层;具有光电效应,能用于紫外激光器件和太阳能电池等[1]。
为了获得或改善其某一方面的性质，利用各种方法掺杂或制备具有特定形貌的氧化锌纳米材料成为近年来研究的热点。
而水热法制备ZnO纳米材料，以其设备简单、原料廉价、条件易控、适合大面积生长等优点而被广泛采纳。
本实验主要是采用水热法合成氧化锌纳米线，并测量纳米线的透射率，通过计算得出制备的氧化锌禁带宽度为3.34eV，与理论值基本吻合。
1.实验目的1.了解水热合成氧化锌纳米线的原理以及基本操作方法；2.独立制备出氧化锌纳米线；3.掌握纳米线透射率的表征方法和半导体禁带宽度的计算方法；4. 掌握实验数据处理方法，并能利用Origin绘图软件对实验数据进行处理和分析。
2.实验仪器设备和材料清单1.水浴锅、紫外可见分光光度计、量筒、样品瓶、PH试纸、2.试剂：硝酸锌、乙醇胺、正丁醇、高锰酸钾、氨水、酒精、稀硝酸3.实验原理3.1纳米氧化锌概述[2]氧化锌（ZnO）：直接宽禁带半导体材料，室温下禁带宽度为3.37 eV ，激子束缚能为60meV。
纳米氧化锌具有非迁移性、压电性、荧光性、吸收和散射紫外线能力等特殊能力，ZnO一维材料的阵列能够加快光生电子、空穴的分离,使电子具有良好的运输性,所以纳米棒、纳米线阵列的制备备受关注。
氧化锌(ZnO)在自然界有两种晶体结构，即纤锌矿结构和闪锌矿结构。
其中稳定相是纤锌矿结构（如左图），属六方晶系，为极性晶体。
制备ZnO一维材料阵列的方法主要有气相沉积法、溅射法或外延法等,这些技术需要昂贵的仪器、苛刻的实验条件,而溶液法则具有设备简单、条件温和等优点。
氧化锌纳米线的生长及其光电性能分析
氧化锌纳米线的生长及其光电性能分析氧化锌（ZnO）纳米线作为半导体材料，在光电领域具有重要的应用价值。
本文将对氧化锌纳米线的生长过程以及其光电性能进行深入分析。
首先，我们来介绍氧化锌纳米线的生长过程。
氧化锌纳米线的生长通常通过化学气相沉积法或者热蒸发法来实现。
在化学气相沉积法中，金属锌粉或氧化锌粉末被加热至一定温度，使之升华成为气相物质。
然后，氧化锌的前驱物质被引入反应室，与锌原子相遇并沉积在衬底表面形成氧化锌纳米线。
而在热蒸发法中，则是将金属锌置于高温环境中，通过蒸发的方式使锌原子沉积在衬底表面并与氧气反应生成氧化锌纳米线。
其次，我们来讨论氧化锌纳米线的光电性能。
氧化锌纳米线具有优异的光电特性，主要体现在光电转换和光学传感器方面。
首先是光电转换方面，氧化锌纳米线的带隙能够调控其能带结构，使其在紫外光范围内具有较高的光电转换效率。
此外，氧化锌纳米线的高表面积和导电性能也使其成为光电器件中的理想材料。
在光学传感器方面，氧化锌纳米线的导电性能和表面活性使其能够实现对环境中光、气体等信息的高灵敏检测。
最后，我们来探讨氧化锌纳米线的应用前景。
随着纳米技术的不断发展，氧化锌纳米线作为半导体材料在光电领域的应用将会越来越广泛。
例如，氧化锌纳米线可用于柔性电子器件、太阳能电池、光学传感器等领域。
通过进一步研究和优化氧化锌纳米线的生长和光电性能，将有助于推动其在光电领域的应用，并为相关领域的技术发展提供新的思路和方法。
通过对氧化锌纳米线的生长及其光电性能进行分析，我们可以更好地了解这一材料在光电领域的潜力和应用前景。
相信随着科学技术的不断发展，氧化锌纳米线将会为人类创造出更多的科技奇迹。
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不同基底下生长氧化锌纳米线研究首先在FTO玻璃基底上用水热法制备氧化锌纳米线，发现在配备种子层的基础上0.7437克硝酸锌和0.35克六次甲基四胺在九十五摄氏度的温度下反应三个小时制得的氧化锌纳米线最好。
然后以重金属金为基底用水热法制备氧化锌纳米线，以金为催化剂0.7437克硝酸锌和0.35克六次甲基四胺分别在70摄氏度，80摄氏度，90摄氏度反应七个小时，发现在七十摄氏度的条件下氧化锌纳米线排列最为整齐，结果最好。
不同基底相对比发现以FTO为基底制备氧化锌纳米线，氧化锌纳米线排列紧密且长径比较大，但是倾斜严重，适合染料敏化太阳能电池等科技的研究。
以重金属金为基底制备氧化锌纳米线，氧化锌纳米线排列宽松，但倾斜较小，长径比较小，个体较大。
适合于研究单独一根氧化锌纳米线。
关键词：FTO基底，金基底，不同基底制备氧化锌纳米线的特点最近人们对于碳纳米管的发现引起了制备其它一维纳米材料的极大兴趣。
一维纳米结构氧化物具有独特的光学，电学性能。
各种氧化物纳米线的制备和性能研究已成为当今的热点。
氧化锌是重要的II – VI族直接带隙宽禁带半导体氧化物，具有较大的禁带宽度（3.2eV）,激子结合能（60meV）高，能在室温及更高温度产生近紫外的短波激子发光。
其中特别是具有较大长径比的氧化锌纳米线所表现出的奇特光学与电学性能，使其在低压和短波长光电子器件方面具有潜在的应用价值，例如透明导电材料，发光二极管，气敏传感器和荧光器件等。
一维氧化锌纳米线是一种性能优异的新型功能材料，应用开发前景十分广阔。
其制备方法多种多样，制备技术也日趋完善，它在传统材料、微电子、医药等领域的应用日益广泛和重要，对这些领域将会带来革命性的改变，也会影响到人们的日常生活。
可以预见，随着氧化锌纳米线的制备方法、生长机理、结构表征等研究的不断深入，其应用研究将会有一个快速发展的阶段。
1.1纳米材料1.1.1纳米材料简介纳米材料是在纳米尺度空间内研究电子、原子和分子的内在运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。
它的最终目标是人类能够按照自己的意愿直接操纵单个原子，制造具有特定功能的产品。
1.1.2纳米材料四大效应体积效应当纳米粒子尺寸比电子的德布罗意波更小时，内压、磁性、化学活性、热阻、光吸收、催化性及熔点等与普通粒子相比发生了很大的变化，周期性边界条件将被破坏。
纳米粒子以下几个方面的应用均基于它的体积效应。
例如，利用等离子共振频移随颗粒尺寸变化的性质，可以控制吸收的位移，改变颗粒尺寸，制造一种微波吸收纳米材料，用于隐形飞机，电磁屏蔽等；纳米粒子的熔点相较于块状本体低很多，此特性为冶金工业提供了新工艺。
量子尺寸粒子尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立能级的现象称为量子尺寸效应。
半导体纳米粒子的电子态首先是体相材料的连续能带，随着尺寸的减小过渡到具有分立结构的能级。
在纳米粒子中，处于分立的量子化能级中的电子的波动性带来了纳米粒子一系列特性，如特异的催化和光催化性质，高的光学非线性等。
量子隧道微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。
当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿过这一势垒。
近些年人们发现一些宏观量，例如量子相干器件的磁通量，微颗粒的磁化强度以及电荷等亦具有隧道效应，它们均可以穿越宏观系统的势垒从而产生变化，这被称为宏观的量子隧道效应。
用此概念可以定性的解释超细镍微粒在低温下保持超顺磁性等现象。
介电限域纳米粒子的介电限域效应较少提及。
这种现象对半导体纳米粒子的非线性光学特性以及光物理特性有着直接的影响。
对于无机-有机杂化材料以及用于多相反应体系中光催化材料，介电限域效应对动力学和反应过程有重要影响上述的小尺寸效应﹑表面效应﹑量子尺寸效应﹑宏观量子隧道效应和介电限域应都是纳米微粒和纳米固体的基本特征，这一系列效应导致了纳米材料在熔点﹑光学性质﹑蒸气压﹑磁性﹑化学反应性﹑超导及塑性形变等许多化学和物理方面都显示出了特殊的性能。
它使纳米固体和纳米微粒呈现许多奇异的物理化学性质。
1.2氧化锌纳米线的制备及其生长机制氧化锌纳米线具有广阔的应用前景，其制备方法及生长机制受到了广泛的关注和重视。
目前的氧化锌纳米线的制备方法主要有化学法：包括水热法，化学气相沉积法，电化学法和溶胶–凝胶法。
物理法：包括磁控溅射发和分子束外延附生法等。
1.2.1化学气相沉积法生长氧化锌纳米线的气相沉积系统由三部分组成。
分别是温度可控的管式高温电炉(控温精度: ±5 ℃)，真空泵(真空度优于1 ×10 - 3 Pa) 和气源。
其工艺流程分以下五步:(1)将钨针尖或者硅片进行超声清洗多次，然后在其表面真空蒸发沉积一层厚度约20nm 的Au，其作用为催化剂;(2) 将石墨粉末和氧化锌混合物按摩尔比1：1混合后放入石英管中心温区处;再将镀有Au膜的钨针或者硅片尖放入石英管中，与“反应物”相距约20cm处,之后将系统抽真空。
(3 ) 向系统中充入流速为25～30mL/ min的Ar气( 纯度>99.999 %) ，然后调节出气端阀门使腔室内的压强维持在约40kPa ;(4) 以15 ℃/ min 的速度升温，当腔内中心温区处的温度升至920℃后停止加热并保温30min ;(5) 保温结束后,令其自然降温，温度至400 ℃时停止充入氩气,然后使系统维持在真空状态下继续降至室温，此时将系统暴露在大气中,取出样品.在上述制备过程中有一点值得注意,步骤(2)中将摩尔比为1 ∶1的石墨和氧化锌粉末混合物放入石英管中心温区处，其作用是为了在温度大于880℃时通过碳热还原反应产生Zn蒸气。
1.2.2电化学法电化学合成法是近年来被广泛应用的一种合成方法，主要包括模板法和电解电镀法。
电解电镀法操作简单但因其合成的纳米线呈无序状而影响到纳米线的进一步应用。
模板电化学合成纳米材料的发展已较为完善，不仅具有操作简单等优点，且合成出有序的纳米线阵列，目前经常使用的模板有多孔聚合物模板(聚碳酸酯模板，即PC)和多孔阳极氧化铝模板(AAM)。
1.2.3 溶胶凝胶法溶胶凝胶法制备氧化物纳米线的实质是直接的溶胶填充，也即目标氧化物材料的溶胶在基板孔中的渗滤。
具体过程为：先制得目标氧化物的溶胶，然后将模板(AAM 或PC)浸入溶胶。
一段时间后，将模板取出进行一定的后处理。
溶胶凝胶模板法制氧化物纳米棒或纳米线的优点是所用装置简单，反应条件要求不高，制备过程简单。
但是溶胶是通过毛细作用渗入孔内的，所以有时模孔会出现填充度很低的现象，这会直接影响所得纳米棒或纳米线的质量1.2.4水热法本实验采用的方法既是水热法，水热法的基本原理为:在一定的温度和压力下，在水溶液中发生化学反应。
在一定条件下，溶液中即存在合适的聚合物表面活性剂又存在某一种特定的籽晶核时，通过特定的化学反应使前驱体还原从而制备出纳米线。
水热法是发展比较早的一种方法。
其优点是：对设备和试剂要求不高，反应条件温和，无污染，操作简单，是制备一维氧化锌微结构的便捷方法。
缺点是：直径的分布较宽，而且所制备的氧化锌纳米线其生长取向不具有高度统一性，1.3氧化锌纳米线的性质与应用研究。
1.3.1燃料敏化太阳能电池相对于硅太阳能电池，基于半导体氧化物和有机染料的染料敏化太阳能电(DSCs)具有廉价、稳定和易制备等优点。
DSCs是一个电化学系统，它以一层宽隙半导体(氧化钛。
或氧化锌)多孔膜作为吸附染料的光阳极。
氧化钛纳米颗粒和纳米线是研究最为广泛的光阳极材料，其最高转换效率可达11.2％，但由于电子在传导过程中再复合及湮灭造成的电子损耗，使得进一步提高转换效率变得非常困难。
为从根本上解决该问题，有学者对氧化铁、氧化锡等氧化物半导体材料进行了研究，但结果都不是很理想。
针对这一情况一维氧化锌光阳极纳米结构(如纳米线、纳米带、纳米管等)得到了广泛研究。
这种结构对电子收集提供直的传导路径，可减小电子传导时的复合概率，从而提高转换效率。
1.3.2传感器方面的应用氧化锌纳米线具有高比表面积、高活性和极微小性，对外界环境(如温度、光、湿气等>十分敏感，是很好的气敏材料，经掺杂后对有害气体、可燃气体、有机气体等有很好的探测敏感性并具有响应速度快、灵敏度高、选择性优良等特点，成为非常有发展前途的传感器方面的材料。
目前，已用其制成了气体报警器和湿计等。
氧化锌纳米线作为一种生物材料，具有无毒和生物相容性，可以无需进行涂层处理直接应用于生物医学中。
基于这些优点，氧化锌纳米线在微型光电装置和生物科技应用方面是一种极为重要的纳米材料，成为了众多领域研究的热点。
同样，氧化锌纳米线以它优良的生物亲和性，在生物分子的固定及构建生物传感器方面也有广泛的应用。
第二章实验2.1实验原料及设备实验原料：硝酸锌（ZnNO3，成都市科龙化工试剂厂),六次甲基四胺（C6H12N4，天津市科密欧化学试剂开发中心）FTO导电玻璃(SnO2，F，武汉格傲科教仪器有限公司)；其他试剂（如无水乙醇等）实验用水均为去离子水。
试验设备：电子天平（BS124S，北京赛多利斯仪器系统有限公司。
）；磁力搅拌器（78，常州国华电器有限公司。
）；超声波清洗器（KH-500B,昆山合创超声仪器有限公司。
）电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9076A,上海惊鸿试验设备有限公司，太仓惊鸿仪器设备有限公司）；吹风机;烘箱。
2.2金基底制备氧化锌纳米线2.2.1准备TFO玻璃我们用水热法制备氧化锌纳米线，我们首先用玻璃刀将大的FTO导电玻璃裁成尺寸为2cm*1cm的小片多份，然后将裁成2cm*1cm大小的FTO玻璃片在洗涤剂中清洗，目的是洗去表面杂物，之后在清水中冲洗，在超声波震荡器中震荡10分钟后将小片放入无水乙醇溶液中浸泡，震荡10分钟，目的是洗去煤油等有机物，之后用清水冲洗，在超声波震荡器中震荡10分钟，最后用去离子水在超声波振荡器中震荡10分钟，冲洗干净后干燥保存，以便使用。
2.2.2配置溶液首先用量筒称取100ml的去离子水于玻璃瓶中作为反应溶液。
然后用电子天平称取0.7437克的硝酸锌，将其放入玻璃瓶中溶解，取清洁过的小磁子于玻璃瓶中，将玻璃瓶放在磁力搅拌器上充分搅拌，直至硝酸锌完全溶解。
接着用电子天平称取0.35克的六次甲基四胺，将其放入之前的溶液中，继续在磁力搅拌器上搅拌20分钟左右，六次甲基四胺充分溶解，之后用干净的镊子取出磁子。
将镀金的玻璃片取两片对称放入玻璃瓶中。
最后将量筒，磁子等实验设备用去离子水洗净后放入烘箱中烘干。
配置溶液需要注意的一个步骤是先将硝酸锌放入水中，然后再加入六次甲基四胺，这样做是因为先加入六次甲基四胺会产生白色絮状沉淀，不利于反应的继续进行。
另一个需要注意的步骤是称取六次甲基四胺，因为六次甲基四胺容易潮解，所以应该在保持准确度的前提下快速称量。