在家用微波炉中合成四针状ZnO
微波诱导燃烧法合成类花状ZnO纳米材料及其晶体结构、荧光性质研究
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｚ ｎ Ｏ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ａ ｂ ｌ ｙ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｗａ ｖ ｅ ． ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ
Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ｅ ｓ ｃ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｐｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｆ ｌ ｏ ｗｅ ｒ － Ｌｉ ｋ ｅ Ｚ ｎ Ｏ Ｎａ ｎ ｏ ｐ ｏ ｗｄ ｅ ｒ ｓ Ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｗａ ｖ ｅ － Ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ Ｃｏ ｍｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ
ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｌ ａ ｒ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｏ ｆ ｕ ｒ ｅ ａ ／ Ｚ ｎ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｋ ｅ ｙ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｐｈ ｒ ｏ ｌ ｏ ｙ ｇ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ
角 形 傅 里 叶 变换 红 外 光 谱 图 中 ４ ０ ０ ５ ０ ０ ｃ ｍ 一 处 明显 的 峰 为 Ｚ ｎ 一 ０的 振 动 峰 。 Ｚ ｎ Ｏ纳 米 结 构 的 发光 光 谱 在 ３ ６ ６ ｎ ｍ 的带 边 发 射 ，
因 缺 陷 又 由 许 多 可 见 光 发 射 峰 组成 用 扫描 电子 显 微 镜 、 透射电子显微镜 、 选 区 电 子 衍 射 研 究 了花 状 Ｚ ｎ Ｏ 纳 米 结 构 的增 长 机 理 本 方法 仅 需 几 分 钟 就 获得 的 了 Ｚ ｎ Ｏ纳 米 结构 。
Al掺杂四针状ZnO纳米结构的制备及其光致发光和场发射特性
Al掺杂四针状ZnO纳米结构的制备及其光致发光和场发射特性周雄图;曾祥耀;张永爱;郭太良【摘要】采用热蒸发法成功制备了Al掺杂四针状ZnO纳米结构(T-AZO),利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、荧光光谱仪和场发射测试系统分别研究了不同Al摩尔分数对T-AZO纳米结构表面形貌、微结构、光致发光谱和场发射特性的影响.实验结果表明:T-AZO纳米结构呈现六角纤锌矿结构,Al掺杂对四针状ZnO纳米结构的形貌产生明显影响并且使紫外发射峰产生蓝移.实验中,当Al掺杂摩尔分数为3％时,场发射性能最好,其开启场强为1.33 V/μm,场增强因子为8 420.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2013(034)011【总页数】6页(P1424-1429)【关键词】四针状ZnO;Al掺杂;热蒸发;光致发光;场致发射【作者】周雄图;曾祥耀;张永爱;郭太良【作者单位】福州大学物理与信息工程学院,福建福州350002;福州大学物理与信息工程学院,福建福州350002;福州大学物理与信息工程学院,福建福州350002;福州大学物理与信息工程学院,福建福州350002【正文语种】中文【中图分类】O614.81;TB341 引言场致发射(Field emission，FE)，又称冷发射，是纳米结构材料基于量子隧穿效应的基本特征之一［1-2］。
近年来，具有低开启场强、高发射电流密度、大场增强因子的场发射阴极已应用于场致发射显示、微波放大器及其它真空微电子器件，成为场致发射领域的研究热点［3-5］。
氧化锌(ZnO)是一种宽带隙氧化物半导体材料，具有低的功函数、负电子亲和力和高稳定性，又因其制备方法多样和易于掺杂改性，在光电器件等领域具有广阔的应用前景［1，6-7］。
ZnO 一维纳米结构(如纳米线、纳米棒、纳米带和四针状纳米晶须)由于长径比大、化学与热稳定性好，具有与碳纳米管(CNTs)相类似的低开启电场、高发射电流密度等特点，被认为是极有应用前景的场发射阴极材料［8-10］。
四针状ZnO的制备及性能研究
四针状ZnO的制备及性能研究四针状ZnO的制备及性能研究摘要：四针状ZnO是一种新型的纳米结构材料，具有很大的潜力在催化、光电子学和能源存储领域应用。
本文通过溶剂热法制备并研究了四针状ZnO的性能。
结果表明，四针状ZnO具有优异的光催化性能和电催化性能，具备应用于环境净化和电化学储能的潜力。
1. 引言纳米材料已经成为材料科学领域的研究热点。
ZnO作为一种重要的半导体材料，由于其独特的光学和电学性能，引起了广泛的关注。
通过调控和设计ZnO的形貌，可以进一步优化其性能，拓宽其应用范围。
2. 实验方法本研究采用溶剂热法制备四针状ZnO。
首先，在无水乙醇中加入适量的Zn(Ac)2作为前体物质，并将其溶解。
然后，加入适量的柠檬酸钠，并搅拌均匀。
接下来，将混合溶液转移到高压釜中，并加热至180℃反应10小时。
最后，用无水乙醇洗涤产物，并将其干燥。
3. 结果与讨论通过扫描电子显微镜（SEM）观察，得到的四针状ZnO呈现出细长的四针形状，表面平整度好。
通过X射线衍射（XRD）分析，发现四针状ZnO的结晶性良好，与标准的ZnO晶体相对应。
通过紫外可见（UV-Vis）光谱测定，发现四针状ZnO对紫外光的吸收能力强，具有较宽的吸收范围。
通过光催化活性实验，发现四针状ZnO对甲基橙溶液的降解率高达90%，具有出色的光催化性能。
通过电催化实验，发现四针状ZnO在电化学电容器中具有高的比电容和良好的循环稳定性。
4. 结论本研究成功制备了四针状ZnO，并研究了其性能。
结果表明，四针状ZnO具有优异的光催化性能和电催化性能，具备应用于环境净化和电化学储能的潜力。
进一步研究可以探索四针状ZnO的制备方法和性能调控机制，为其在实际应用中的推广和应用提供理论基础和实验依据。
致谢：感谢所有参与本研究的人员的辛勤工作和贡献本研究成功制备了四针状ZnO，并通过多种表征手段对其进行了性能分析。
结果显示，四针状ZnO具有良好的结晶性和表面平整度，对紫外光具有较强的吸收能力，并表现出优异的光催化性能和电催化性能。
四针状氧化锌晶须的制备及应用
四针状氧化锌晶须的制备及应用Ξ杜 娜, 吴英绵, 于海军, 刘书志, 张丽云(石家庄职业技术学院化工系,河北石家庄 050081)摘要:叙述了结构独特、性能优异的四针状氧化锌晶须的结构特点、制备方法、生长机理、应用等方面的现状,探讨了该晶须的发展潜力和今后的研究方向.关键词:四针状氧化锌;晶须;制备;应用中图分类号:O 614.24+1 文献标识码:A 文章编号:100025854(2010)022*******氧化锌晶须(ZnOw )可分为针状和四针状2种.针状的氧化锌晶须是氧化锌晶体由单一方向发育形成,其外形如线条状,截面呈柱状,无色透明,表象为极高凸起,主要用于可燃性气体的具有较高灵敏性、选择性和稳定性的气敏元件材料.四针状的氧化锌晶须(T -ZnOw )在20世纪40年代被发现,是晶须家族中唯一具有三维空间结构的晶须.T -ZnOw 是指有一个中心体并从中心体生长出四根针状晶体,四根针均从四面体的重心向三维方向(正四面体顶点)展开,任意两针间的夹角为109°,具有一种空间正四面体构型[1].晶体的中心体直径为0.7～1.4μm ,针状体根部为0.5～14.0μm ,针状体长度为3～300μm.T -ZnOw 的这一真正形态是在20世纪90年代才被揭示出来,此后才开始进行四针状晶须的生产研究.由于T -ZnOw 独特的空间三维立体构型和良好的单晶性,使得它在耐磨、减震、防滑、降噪、吸波、抗老化、抗冲击、抗静电、抗菌等方面均具有优异的性能.近年来有关T -ZnOw 的制备和应用成为目前研究的热门.本文中,笔者介绍了T -ZnOw 的制备方法,阐述了氧化锌晶须的生长机理和应用前景.1 制 备1.1 气相法1.1.1 预氧化法将表面覆盖有氧化膜的锌粉在含氧气氛中直接加热(1000℃加热1h )可得四针状氧化锌晶须.使用该方法的T -ZnOw 产量为原料的40%以上,生成的晶须中,T -ZnOw 晶须一般占60%～97%.这种方法对氧化膜的厚度有一定要求,氧化膜太薄得不到T -ZnOw ;制得的T -ZnOw 外观松散,密度较小,产率较高;但生产周期长,对设备要求较严格[2].Y oshinaka 等[3]将表面覆盖有氧化膜的锌粉与沸石混合后,在含氧的气氛中加热气化,也可制备T -ZnOw.制得的氧化锌晶须针体尾部尺寸约100nm 左右的长尾晶须,纯度高,产率可达95%以上.1.1.2 惰性气体保护法K itano 等[4]将锌粉在惰性气体保护下加热至沸点以上,然后以惰性气体为载气,将锌蒸气与含氧气体接触,得到T -ZnOw.一般惰性气体可用N 2,Ar 等,对纯度要求较高,反应温度一般在900～1000℃,含氧气体可以是氧气、空气,但需消耗大量惰性气体,生产成本较高.1.1.3 高温催化法文献[526]报道了以锌粉为原料,以氧气或空气为反应气体,高温气相氧化制备T -ZnOw.其制备过程是:先对锌粉进行陈化处理、干燥,然后与催化剂(蒙脱土、膨润土、高岭土或白碳黑)按一定质量比混合,放入反应器内,同时以一定速度通入反应气体,加热到800～1100℃.这些催化剂主要起控制气相过饱和度、增Ξ收稿日期:2008211218;修回日期:2009203218基金项目:中国高等职业技术教育研究会立项课题(GZ L X2006049)作者简介:杜 娜(1977-),女,河北行唐人,讲师,主要从事物理化学研究.通讯作者:吴英绵(1964-),女,教授,研究方向为精细化学品合成.E -mail :wuym @第34卷/第2期/2010年3月河北师范大学学报/自然科学版/J OURNA L OF HE BEI NORM A L UNI VERSITY /Natural Science Edition/Vol.34No.2Mar.2010加气体扩散路径和成核的作用.该方法简化了制备工艺和设备,降低了成本,产生的晶须均匀,较大幅度地提高了T -ZnOw 的产率和质量,但反应过程中锌蒸气分压较难控制,且温度、气氛、杂质等其他生长环境对晶须的生长有较大影响,而且存在晶须开裂现象.1.1.4 直接氧化法李树尘[7]将锌粉(或直接用锌粒)与碳粉混合后,利用碳的还原特性,消耗一部分锌周围空气中的氧气来保证晶须生长所要求的条件.此法产品收率可达90%以上,产品中95%以上为T -ZnOw.该方法原料勿需预处理,生产周期短,每批样品仅需15min 左右;产品收率及纯度高,制得的T -ZnOw 针长10～200μm ;成本低,设备投资少,可在大气环境下进行,生产成本低.杨大锦等[2]采用在熔化炉中使锌锭在500℃以上时挥发形成锌蒸气,然后随进入晶须反应炉氧化形成T -ZnOw.其产物随反应残余的气体(如N 2)带出,进入晶须收集装置中收集下来.此法空气量、锌浓度对产物的形貌都有影响.空气量小,形成氧化锌为单针状晶体,晶体的最大长度40μm ,随着空气量增大,则容易出现非晶态氧化锌;锌浓度太小,形成絮状非晶态产物,锌浓度过高,产物中明显有未反应完全的锌粉.1.2 液相法[8]将锌粉与N H 4+,CO 32-(或HCO 3-)及H 2O 按一定比例混合,在规定条件下生成ZnCO 3,然后加热生成氧化锌晶须.原料简单,但收率低,不利于连续化生产.在ZnCl 2的溶液中加入适量的氨水制得Zn (OH )2沉淀胶体做前驱物,在不同介质中进行水热反应,生成T -ZnOw.1.3 微波加热把锌粉加入到蒸馏水中,加入适量的双氧水并用电动机搅拌2～3h ,然后在室温下放置72h ,过滤后,在100℃干燥4～6h ,便得到了预处理的锌粉.把得到的锌粉置于微波炉中,调节微波功率和辐射时间,辐射一段时间就可以得到团聚少和结构规整的T -ZnOw.与传统制备方法相比,此法具有制备时间短、能耗低、制备工艺简单的特点.以纯的微米氧化锌粉与碳氢化合物粉末为原料,将原料按一定比例混合,在玛瑙研钵中加入丙酮湿磨1h 制成反应物,将反应物装入石英坩埚中置于微波反应腔中,合成温度控制在1000～1350℃,合成时间为10～30min.在1040℃掺入碳氢化合物粉末,可以得到T -ZnOw.此法采用微波加热,节能、无污染,而且是一种可控制生成晶体形貌的方法[9].1.4 离子交换树脂法在恒定的温度、搅拌速度下,将一定浓度的硫酸锌溶液加入到再生好的强碱性阴离子交换树脂中,连续反应3h 后,分离、洗涤、干燥、沉淀得到前驱物Zn (OH )2,然后将所得前驱物置于马弗炉中煅烧即制得T -ZnOw.该法可得较好的产率、纯度和分散性,具有实验设备简单、操作方便、后处理容易等优点,是合成晶须的一种新方法;但该法所制备的晶须长短不均,形貌难控制[10].在此领域,能够产业化生产T -ZnOw 晶须的企业只有2家:一家是日本松下电器公司,另一家是中国成都交大晶宇有限公司.2 生长机理关于T -ZnOw 晶须的生长机理和生长模型还没有定论,迄今为止讨论较多的是以下3种.2.1 Wagner 提出的“气-液-固(VL S )机理”[11]在晶须的成核和生长过程中有液相的参与作用,其基本特征是有一凝固的小液滴,晶须的形态包含有圆形的端头.按该机理生长的晶体是没有位错的.2.2 Frank 提出的“气-固(VS )机理”[12213]按VS 机理生长的先决条件是:①氧化或活化的气氛;②表面有小的凸出物;③存在位错(特别是螺型位错).2.3 Iwanaga 提出的八面体多孪晶核模型[14215]该模型能很好地解释晶须四针状间的角度取向,认为T -ZnOw 的生长过程包括以下3个过程:①八面体孪晶核的形成.纤锌矿结构的八面体晶核由8个反演孪晶组成.②应力释放.八面体孪晶核中的某些孪晶晶界由于存在较大的失配角,释放应变能而开裂.③针体的生长.四根针体在八面体孪晶核的+C 方向上优・602・先生长,即针体在垂直于4个正面上优先生长,最后形成T -ZnOw 晶须[16].3 应 用3.1 增强复合材料T -ZnOw 晶须的强度和模量均接近材料的理论值,力学性能十分优异,可作为复合材料的补强增韧剂[17218].将T -ZnOw 分散到金属、合金、陶瓷、塑料、橡胶、树脂等基体材料中,即得到晶须增强的复合材料.T -ZnOw 很容易在基体材料中实现均匀的三维分布,使材料的各向异性可忽略,从而使复合材料的各种物理性能得到各向同性的改善.另外,氧化锌晶须价格相对低廉,这些优点都是其他晶须所无法比拟的.如:w 为10%的T -ZnOw 晶须的聚丙烯的抗张强度可提高10%,且力学性能表现为各向同性[19],显著地改善基体强度和加工性能;在尼龙66中添加w 为30%的T -ZnOw 晶须制得的材料暴露在紫外线中500h 后仍保持为白色等.3.2 耐磨及防滑材料与大多数高分子材料相比,T -ZnOw 具有很好的耐热和导热性能,在橡胶中加入T -ZnOw ,可较好地分散因摩擦、磨损而产生的热量,使胶料在磨损过程中表面温度不至于上升得太高,降低胶料的磨耗量,同时提高强度.实验表明,随着ZnOw 用量的增大,硫化胶的阿克隆磨耗量减小;将T -ZnOw 加入自行车刹车片材料中,其雨天刹车距离由常规的916m 缩短为312m ;用w 为20%的T -ZnOw 和碳纤维的聚酰胺复合材料做对比,其相对磨损量分别为2mm 和60mm.3.3 抗静电材料高分子材料因其独特的绝缘性,给材料的使用带来了负面效应,即静电问题.ZnO 本身是n 型半导体,加之四脚状三维结构,将其分散在基体中时,邻接各针状部位相互搭接形成导电通路,从而使高分子材料具有一定的抗静电性[20],将T -ZnOw 晶须添加到聚丙烯中,制备抗静电、隔尘的包装材料[21].采用T -ZnOw 作为抗静电添加剂,具有添加量少、效果稳定持久、各向同性和颜色可调的优点,在抗静电高分子复合材料领域中具有诱人的应用前景.目前用T -ZnOw 作导电材料,可制成下列产品:①复印机用的导电滚轮、运输皮带等;②静电复印纸和放电记录纸;③抗静电涂料,用于油罐车、油船、贮油箱内防腐抗静电涂料;④制造煤矿用排风管、输送带;⑤用作原子力显微镜和扫描隧道显微镜的导电性探针[22].3.4 抗菌作用T -ZnOw 尖端相当部分在纳米或更低级别,其纳米活性成分能够高效杀灭和清除细菌及其残骸,同时还能分解细菌分泌的毒素,具有显著的抗菌效果.同时T -ZnOw 晶格中有相当部分的具有极强氧化活性的原子氧,可破坏绝大多数细菌的生物活性和代谢繁殖功能,达到抗菌的目的.楚珑晟等[23]以T -ZnOw 为主要活性成分,配以纳米ZnO 和TiO 2制备了一种抗菌剂.测试效果表明含该抗菌剂2%(质量分数)的塑料薄膜对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白假丝酵母菌和鼠伤寒沙门氏菌24h 抑菌率分别高达99.93%,99.99%,99.86%和99.99%.成都交大晶宇公司已成功开发了T -ZnOw 复合抗菌系列产品,取得良好效果.3.5 吸波材料T -ZnOw 晶须是一种介电损耗材料,具有优异的吸波性能.T -ZnOw 晶须能吸收微波,将压实的T -ZnOw 晶须置于家用微波炉中,10s 之内即可达到炽热状态.加之它有良好的耐热性,又能反复使用,是微波加热器很好的发热材料.T -ZnOw 晶须能作为电波的吸收体,在5～10GHz 阶段,其吸波量可达到16.68dB.作屏蔽涂层防止雷达反射,也可作为暗室的电波吸收体和开发隐身材料.3.6 涂 料T -ZnOw 晶须加到涂料中可改善涂料的工艺性能及提高强度,使涂层表面光滑平整,提高涂层的机械性能.在马来化聚丁二烯基涂料中加入30%的T -ZnOw 晶须比加入ZnO 粉的涂料具有更好的防锈及抗冲击性[24].在蜜胺树脂固化的环氧涂料中加入T -ZnO 晶须表现出良好的抗冲击、抗龟裂及耐起泡性[25].3.7 吸音和减振材料T -ZnOw 晶须被用作吸声材料时,由于其高密度和压电性导致较大的能量损耗,从而表现出良好的隔声、减振效果.用T -ZnOw 晶须与树脂制成高弹性模量和高损耗系数的隔声、减振材料是各向同性的,可用来制造音乐器材及电视、音响设备的内部骨架和外壳,可减少振动产生的杂音,提高音响的音质[26].・702・3.8 其他用途T -ZnOw 晶须还有很多其他用途,尤其对提高粘合剂的粘接强度十分有效.如用含1%T -ZnOw 晶须的环氧粘合剂用于粘合陶瓷瓦与灰泥,在20℃经1d 后其粘结强度达0.42MPa ,而未加者其强度只有0.32MPa [27];还可用作空气清新除臭剂,除去空气中的H 2S ,N H 3等有害气体[28];也可作为水处理中活性污泥的沉降剂等[29].4 结 论T -ZnOw 无论作为结构材料还是功能材料都有很大的应用潜力和勿容置疑的市场前景.我国在材料的复合工艺、提高材料的性能、降低材料的成本,以及复合材料组份的品种、性能等各个领域的研究起步较晚,技术上与国外差距较大.所以,尽快探明T -ZnOw 的成核和生长机理,掌握控制晶须成长的工艺关键,是今后T -ZnOw 研究的重点.为了加快其开发应用,还需加强T -ZnOw 的分级、分散、改性和应用等方面的实验和理论研究.我国是锌资源和锌冶炼大国,搞好T -ZnOw 的研究开发工作,有着十分重要的意义.参考文献:[1] 戴英,张跃,方圆,等.高品质四针状氧化锌晶须的结构及生长机理[J ].北京科技大学学报,2002,24(2):2002202.[2] 李荣兴,谢刚,杨大锦.四针状氧化锌晶须的开发研究[J ].有色金属,2006(3):45247.[3] Y OSHINA K A M.Method of Producting Z inc Oxide Whiskers :日本,378995[P].1990201216[2009204209].http ://202.206.81.202/kns50/detail.as px ?QueryID =237&CurRec =1.[4] KITANO M ,HAMABE T ,MAEDA S ,et al.Growth of Large Tetrapod ZnO Crystals (1)[J ].J Crystal Growth ,1990,102:9652966.[5] KITANO M ,HAMABE T ,MAEDA S ,et al.Growth of Large Tetrapod ZnO Crystals (2)[J ].J Crystal Growth ,1991,108:2772278.[6] 陈尔凡,田雅娟,程远杰,等.四脚状氧化锌晶须的制备及微观形态研究[J ].高等学校化学学报,2000,21(2):1722176.[7] 李树尘.碳还原剂控制氧化锌晶须生长工艺方法:中国,1031895C [P ].1996205229[2009204209].http ://ipr.com/zljs/Patent 2Detail.jsp.[8] 游贤贵,黄学超.四脚状氧化锌晶须———特性、应用和制备[J ].四川有色金属,2003(3):13214.[9] 范兴祥,彭金辉,张利,等.微波辐射法制备四角状氧化锌晶须的新工艺研究[J ].化工矿物与加工,2004(6):13214.[10] 李彦生,关敏.离子交换树脂法制备氧化锌晶须[J ].材料工程,2005(10):56257.[11] 劳迪斯R A.单晶生长[M ].刘光照,译.北京:科学出版社,1979:3712373.[12] FRAN K F C.Crystal Growth [J ].Disc Faraday S oc ,1949,5:1215.[13] FRAN K F C.Crystal Growth and Dislocations [J ].Adv Physics ,1953,1:91298.[14] HU J Q ,MA X L ,XIE Z Y.Characterization of Z inc Oxide Crystal Whiskers Grown by Thermal Evaporation [J ].Chem PhyLett ,2001,344:97.[15] L I J Y ,CHEN X L ,L I H.Fabrication of Z inc Oxide Nanorods [J ].J Crystal Growth ,2001,233:5.[16] IWANA G A H ,FUJ II M ,TA KEUCHI S.Interleg Angles in Tetrapod ZnO Particles [J ].J Cryst Growth ,1998(183):1902193.[17] ZHOU Zuowan.Tetrapod 2shaped ZnO Whisker and Its Compoosites [J ].J Mater Pyoc Tech ,1999(89/90):415.[18] ZHOU Zuowan.Studies on the Strength and Wear Resistance of Tetrapod 2shaped ZnO Whisker 2reinforced Rubber Composites[J ].Applied Polymer Science ,2001,80:1520[19] NOMURA K ,MARASAWA K ,O KU M ,et al.UV 2absorbing Resin Compositions :日本,0570626[P].1993203223[2009204209].http ://202.206.81.202/kns50/detail.as px ?QueryID =83&CurRec =1.[20] O KU M.Resin Compositions Which Dissipates Static Charge :日本,502483[P].1992203205[2009204209].http ://202.206.81.202/kns50/detail.as px ?QueryID =146&CurRec =1.[21] O KU M ,IMAI S ,MURASAWA K.Fillers for Antistic Polymer Pack 2aging Materials :日本,0578516[P].1993203230[2009204209].http ://202.206.81.202/kns50/detail.as px ?QueryID =83&CurRec =1.[22] K ADO Novel H.ZnO Whisker Tip for Atomic Force Microscopy [J ].Ultramicroscopy ,1992,42/44:1559.[23] 楚珑晟,周祚万,段晓飞,等.ZnOw 纳米复合抗菌剂的研制[J ].材料导报,2003,17(6):84286.[24] KON ICHI M ,SA KU ISHI K.Coating and Rutties Containing Z inc Oxide Whiskers :日本,2004540[P ].1991206204[20092・802・04209].http ://202.206.81.202/kns50/detail.as px ?QueryID =83&CurRec =1.[25] Y OSHINA K A M ,ASA KURA E ,O KU M ,et al.Z inc Oxide Whiskers 2containing Coatings with Blister Resistance :日本,0260967[P].1990203201[2009204209].http ://202.206.81.202/kns50/detail.as px ?QueryID =83&CurRec =1.[26] U K AMO TO Y ,KUNUO Y ,MA TSUO K.Rubber Modified Styrene Resin Composition :日本,384726[P ].1990203229[2009204209].http ://202.206.81.202/kns50/detail.as px ?QueryID =83&CurRec =1.[27] Y OSHINA K A M ,ASA KURA E ,SHIIDA K ,et al.Adhesives Containing Z inc Oxide Whiskers :日本,02263822[P ].1990210226[2009204209].http ://202.206.81.202/kns50/detail.as px ?QueryID =83&CurRec =1.[28] Y OSHINA K A M ,ASA KURA E ,O KU M ,et al.Deodorants for Treating Domestic and Industrial Air :日本,02218435[P ].1990208231[2009204209].http ://202.206.81.202/kns50/detail.as px ?QueryID =83&CurRec =1.[29] Y OSHINA K A M ,ASA KURA E ,NA K AMURA H.Method and Agent for Wastewater Treatment :日本,02211293[P ].1990208222[2009204209].http ://202.206.81.202/kns50/detail.as px ?QueryID =83&CurRec =1.A Study of Preparing and Application of T etrapod 2like ZnO WhiskersDU Na , WU Y ingmian , YU Haijun , L IU Shuzhi , ZHAN G Liyun(Department of Chemical Engineering ,Shijiazhuang Vocational Technology Institute ,Hebei Shijiazhuang 050081,China )Abstract :The status of research on T 2ZnOw whiskers ,whose preparing methods ,growth mechanism and application are included ,is summarized.T 2ZnOw has a unique three 2dimensional appearance with four out 2stretching needle 2like sticks.It is of great developing potential.At last ,the research trend of T 2ZnOw wiskers is predicted.K ey w ords :T 2ZnOw ;whisker ;preparation ;application(责任编辑 邱 丽)(上接第127页)[6] 岳雅 ,刘稳.可纠错的Pooling 设计的一个构作[J ].河北师范大学学报:自然科学版,2009,33(1):729.[7] YEH Honggwa.d 2Disjunct Matrices :Bounds and Lovasz Local Lemma [J ].Discrete Mathematices ,2002,253:972107.[8] 冯克勤.纠错码的代数理论[M ].北京:清华大学出版社,2005:14221.[9] DU Dingzhu ,HWAN G F K.Pooling Designs and Nonadaptive Group Testing [M ].Singepore :World Scientific ,2006.[10] DU Dingzhu ,HWAN G F binatorial Group Testing and Its Applications [M ].Singapore :World Scientific ,2000.Error 2detecting and Error 2correctingProperties of Binary Superimposed Code δ(n ,d ,k )Q IAN Guodong 1, ZHAO Yanbing 2(1.Deptartment of Computer Science ,Hebei North University ,Hebei Zhangjiakou 075000,China ;2.Department of Basic Courses ,Zhangjiakou Vocational and Technical College ,Hebei Zhangjiakou 075150,China )Abstract :Binary superimposed code δ(n ,d ,k )is a mathematical model of non 2adaptive group testing (N GT )algorithm ,and is a d 2disjunct matrix.Error 2detecting and error 2correcting properties of binary superim 2posed codes can be determined by its Hamming distance.By computing Hamming distance of δ(n ,d ,k ),its er 2ror 2detecting and error 2correcting properties are obtained .K ey w ords :δ(n ,d ,k )matrix ;d 2disjunct matrix ;d 2separable matrix ;Hamming distance ;error 2detect 2ing ;error 2correcting(责任编辑 白占立)・902・。
四针氧化锌制备及其场致发射特性
均匀的显示效果 。实验证明 Ｚ Ｏ是一种优 良的场致发 射冷 阴极材料 ， ｎ 具有广 阔的应用前景。 关 键 词 ：四针状 Ｚ Ｏ； ｎ 场致发射 ；纳米材料 ；平板显示器
Ｐ Ｃ ６４ ； ９０ Ａ Ｃ： １６ ７ ７ 文献标识码 ： Ａ
中 图分 类 号 ： ４２ ４ Ｔ ８３ ９ ０ ６ ． ； Ｎ ７ ．５
维普资讯
第２ ９卷
第 ３期
发 光 学 报
ＣＨＩ ＮＥＳ Ｊ Ｅ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｌ ＵＭＩ ＮＥＳ ＣＥＮＣＥ
Ｖｏ． Ｎｏ ３ １２９ ．
２０ ０ ８年 ６月
Ｊｎ ２０ ｕ ．， ０ ８
文章编号 ： ００７３ （０ ８ ０ － ４ －５ １０ －０２ ２０ ）３ ５ ２０ ０
盛有 Ｈ Ｏ 溶 液 的烧 杯 中 ， 经 过 超 声 波清 洗 大 ：： 再
的注视
。虽然 其 具 有 良好 的导 电性 能 ， 是 但
其对器 件 内部 的真空 度 要 求 比较 高 ， 如果 真 空 度 不够 ， 在温 度过高 时 ， 碳纳 米管尖 端会 被残 留的氧
所 氧化 ， 一 步 导 致 场 致 发 射 的 不 稳 定 性 ， 进 给
约 ２ ｉ， ０ｍｎ 以保证 锌 粒 表面 的清 洁度 。用 同样 的
微波合成氧化锌纳米棒聚集体
微波合成氧化锌纳米棒聚集体胡寒梅;邓崇海【摘要】以草酸锌和碳酸钠的水溶液为前驱体溶液,微波低火辐射10 min,成功制备出结晶性好的氧化锌纳米棒聚集体(1),其结构和形貌经X-射线衍射、选区成份分析和场发射扫描电子显微镜表征.结果表明,1结晶性好,平均直径60 nm,长度在300 nm～400 nm,沿着c轴择优取向生长.对生长过程进行了分析.【期刊名称】《合成化学》【年(卷),期】2009(017)002【总页数】3页(P233-235)【关键词】ZnO;半导体;微波辐照;纳米棒聚集体【作者】胡寒梅;邓崇海【作者单位】安徽建筑工业学院,材料与化学工程学院,安徽,合肥,230022;合肥学院,化学与材料工程系,安徽,合肥,230022【正文语种】中文【中图分类】O611.62;O614.24ZnO 具有优异的压电和光电性能。
近年来，纳米组装体系和人工组装合成的纳米结构越来越受到人们的关注。
它的基本内涵是以纳米颗粒以及纳米线、带、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。
定向生长ZnO 一维纳米结构及其聚集体的合成方法主要有模板法［1］、化学气相沉积法［2］、电化学沉积法［3］、激光束法［4］、水热合成法［5，6］等。
上述方法有些工艺复杂，有些需要精密的设备和较高的温度。
以水热合成为基础，采用微波加热提供能量合成纳米材料是一个较新的领域。
具有操作简便，条件温和，过程清洁，重复性好等优点。
我们［7］曾通过微波加热氯化锌和碳酸钠体系合成出了单分散、高长径比的氧化锌纳米棒。
本文以草酸锌为锌源、碳酸钠为矿化剂、水为溶剂，在家用微波炉中低火加热10 min，成功合成出了粒径分布均匀、结晶性好的氧化锌纳米棒自组装聚集体(1) 。
其结构和形貌经X-射线衍射(XRD)，选区成份分析(EDS) 和场发射扫描电子显微镜(FESEM) 表征。
并对1 的生长过程进行了分析。
1 实验部分1.1 仪器与试剂WG800 SL23-K6 型格兰仕家用微波炉(输出功率800 W，微波频率2450 MHz) ；Philip X'Pert PRO X-射线衍射仪(CuKα 射线为入射源，波长0.154 18 nm，于20°～80°内测试) ；JEOL-6300F场发射扫描电子显微镜和Oxford INCA 能谱仪。
四针氧化锌制备及其场致发射特性
四针氧化锌制备及其场致发射特性屈科;张晓兵;雷威;侯凯;李驰;杨夏喜【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2008(029)003【摘要】采用了VS(Vapor-Solid)的方法制备了四针状ZnO,以此作为场致电子发射的冷阴极材料.并对材料进行了扫描电镜(SEM)和X射线粉末衍射(XRD)测试分析,揭示其表面形态和晶体结构.同时将阴极与印刷有荧光粉的阳极板组装成二极管结构场致发射显示屏,并进行了场致发射特性实验.该二极管结构的开启电压为3.6V/μm,其阈值电压为6.6 V/μm,相应的电流密度为0.2 mA/cm2,并且具有稳定的电流密度和均匀的显示效果.实验证明ZnO是一种优良的场致发射冷阴极材料,具有广阔的应用前景.【总页数】5页(P542-546)【作者】屈科;张晓兵;雷威;侯凯;李驰;杨夏喜【作者单位】东南大学,电子科学与工程学院,江苏,南京,210096;东南大学,电子科学与工程学院,江苏,南京,210096;东南大学,电子科学与工程学院,江苏,南京,210096;东南大学,电子科学与工程学院,江苏,南京,210096;东南大学,电子科学与工程学院,江苏,南京,210096;东南大学,电子科学与工程学院,江苏,南京,210096【正文语种】中文【中图分类】O462.4;TN873.95【相关文献】1.平栅极氧化锌场致发射电子源的制备及性能研究∗ [J], 张永爱;褚子航;郑泳;周雄图;郭太良2.硅尖阵列场致发射微二极管的制备及特性研究 [J], 王保平;黄仲平3.四针状纳米氧化锌的制备及其场致发射特性的研究 [J], 林建光4.四脚状纳米氧化锌的制备、表征及其在场致发射显示器中的应用 [J], 胡利勤;王晶晶;马立安;郭太良5.磁过滤阴极真空弧法制备类金刚石膜的场致发射特性研究 [J], 李建;童洪辉;王坤;但敏;金凡亚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
微波水热合成ZnO纳米晶的研究进展
微波水热合成ZnO纳米晶的研究进展摘要：以介电加热的概念为基础，介绍了微波水热法的机理，综述了微波水热条件对ZnO纳米晶合成的影响，并对其生长机理进行了探讨，最后展望了发展方向。
关键词：微波水热法ZnO纳米晶合成条件氧化锌（ZnO）是一种重要的宽禁带半导体功能材料，室温下能带带隙为3.37eV，激子束缚能高达60meV，远高于其它宽禁带半导体材料（如：GaN为25meV，ZnSe为22meV）激子束缚能，是室温热能的2.3倍（26meV），因此成为半导体、光电应用等领域新的研究热点，备受关注。
传统的ZnO合成方法加热（如水浴等）时间长，晶核不可能一下形成，容易形成多次成核，影响了粒子尺寸的均匀性。
目前，只有微波能在很短的时间内均匀加热，大大消除了温度梯度，使沉淀相瞬间成核，解决了盐类水解的关键：使沉淀相的核在瞬间萌发出来，让所有的核尽可能同步生长成一定形状和尺寸的粒子[1]。
实验己证实，微波辐射能加快盐类的水解且其尺寸、均匀性等均优于常规水浴加热制备的粉体[2]。
一、微波加热原理微波加热，是指在工作频率范围内对物体进行的加热。
它不同于一般的常规加热方式，后者是由热源通过热辐射由表及里的传导式加热。
微波加热是材料在电磁场中由介质损耗而引起的体加热。
对物质的加热过程与物质内部分子的极化有密切的关系。
当对某一样品施加微波时，在电磁场的作用下，样品内微观粒子产生四种类型的介电极化，即电子极化、原子极化、取向极化（分子永久偶极的重新取向）和空间电荷极化（自由电荷的重新排布）。
由于前两种极化的施豫时间远小于微波交变电场的振动周期，微波场不会引起前两种的极化[3]。
而后两种极化时间刚好与微波的频率吻合，故可产生介电加热，即通过微观粒子这两种极化过程，将微波能转变为热能。
二、微波水热制备ZnO粉体的主要影响因素1.反应温度对ZnO纳米晶生长的影响在研究微波水热温度对合成ZnO粉体的影响过程中，出现了三种不同结论：江锦春等[4]研究表明：随着温度的升高温制得的氧化锌微晶的晶粒粒度减小；夏昌奎等[5]实验表明：水热温度是溶液中ZnO的晶化和形貌演化过程中的一个关键性因素。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在家用微波炉中合成四针状ZnO田时开1,2,曾葆青1,朱锦峰1,董建会1(1.电子科技大学物理电子学院,成都 610054;2.中国民航飞行学院计算机学院,四川 广汉 618307)摘要:将锌粉和石墨粉以一定比例混合放入家用微波炉中,在微波辐照下燃烧生成了白色松软的ZnO 膜,将此薄膜用扫描电子显微镜(SEM )、能量损失谱(EDS )、透射电子显微镜(TEM )和X 射线衍射光谱(XRD )分析其成分和形貌。
结果显示,该ZnO 为单晶四针状晶须,晶须直径为20～50nm ,分析了它的生长机理并测试其场发射特性,得到该ZnO 的开启场强较低为3.88V /μm ,相应的电流密度为10μA /cm 2,在场强为5.7V /μm 时达到最大发射电流密度为0.39mA /cm 2。
关键词:微波燃烧;四针状氧化锌;石墨;扫描电子显微镜(SEM );能量损失谱(EDS );透射电子显微镜(T EM );X 射线衍射光谱(XRD )中图分类号:TB 383 文献标识码:A 文章编号:1671-4776(2010)11-0680-04Synthesis of the Tetrapod -Like ZnO in a Household Microwave OvenTian Shikai1,2,Zeng Bao qing 1,Zhu Jinfeng 1,Do ng Jianhui1(1.S chool of Physical Electronic ,University of Electronic Science and T echnology o f China ,Chengdu 610054,China ;2.S chool o f Comp uter ,Civ il Av iation Flight University of China ,Guanghan 618307,China )A bstract :The zinc (Zn )and graphite pow ders w ere mixed toge ther w ith an appropriate propo r -tion ,then were put into the ho usehold microw ave oven ,and burned to sy nthesize a soft w hite zinc o xide (ZnO )film .The composition and morphology o f the film w ere analyzed by scanning electro n microscope (SEM ),energy dispe rsive spectrom eter (EDS ),transmission electron micro scopy (TEM )and X -ray diffraction (XRD ).The re sult sho w s that the ZnO has a single cry stalline structure and is a te trapod -like ZnO w ith the diame ters of 20-50nm .The grow th mechanism w as analy zed and its field -emission characteristic w as tested .The result show s that the ZnO film has a low turn -on field intensity o f 3.88V /μm at the current density of 10μA /cm 2,and the max current density is 0.39mA /cm 2at the field intensity of 5.7V /μm .Key words :microw ave burning ;tetrapod -like ZnO ;g raphite ;scanning electron micro sco pe (SEM );ene rg y dispersive spectromete r (EDS );transmission electron micro sco py (TEM );X -ray diffraction (XRD )D OI :10.3969/j .issn .1671-4776.2010.11.006 PACC :61460 引 言碳纳米管有着较大的长径比和良好的导电性能,是一种优异的场发射材料,但对器件内部的真空度要求比较高,当真空度不够时,一旦发射温度过高,碳纳米管尖端会被残留的氧所氧化,造成场收稿日期:2010-07-09E -mail :tsk 1974@纳米材料与结构Nanom aterial &Structure发射电流下降[1]。
ZnO是一种有着广阔应用前景的n型宽禁带半导体材料,其室温禁带宽度为3.37eV,激子束缚能为60meV。
ZnO纳米材料具有较大的场致发射电流密度、高的场致发射稳定性以及自身所具有的抗氧化性,是一种很好的平板显示器的阴极材料。
纳米尺度的ZnO通常有纳米棒[2]、纳米针[3]、纳米带[4]、纳米管[5]和四针状晶须[6]等形态,其中四针状ZnO晶须是一种多用途的功能材料,具有增强、耐磨、防爆、减震、降噪、吸波、抗静电、隔音、吸收紫外线以及抗菌等优良性能,有较大的市场潜力和较高的技术含量及产品附加值,是锌的新产品之一。
合成四针状ZnO晶须通常采用化学气相输运沉积方法[6-8],然而以上制备方法制备过程较为复杂,反应温度要求较高,实验条件较为苛刻,需要金作为催化剂,采用传统热源,所需温度较高,反应时间长。
而微波燃烧合成是用微波辐照来代替传统热源,由于微波有较强的穿透能力,能深入到样品内部,使样品中心温度迅速升高达到着火点并引发燃烧合成。
本文利用微波这一特点,在空气中燃烧锌粉和石墨粉的混合物生成了四针状ZnO纳米尖。
该方法不需要催化剂,反应时间短,试验条件简单,有可能大规模合成四针状纳米ZnO。
1 实 验锌粉为天津津北精细化工有限公司生成,从石墨棒上刮取石墨粉。
石墨粉与锌粉的质量比为1∶2。
两者混合研磨10min,倒入陶瓷舟中,并使混合粉末平铺于舟底,将陶瓷舟放入普通家用微波炉中,微波功率800W。
陶瓷舟上放一清洗干净的铜片,开启微波15～30s后,可看见锌粉开始燃烧,燃烧结束后关闭微波,待冷却后取出陶瓷舟,可看见舟壁和铜片上有一层白色柔软的薄膜,将此薄膜用扫描电子显微镜(SEM)、能量损失谱(EDS)、X衍射图谱(XRD)和透射电子显微镜(T EM)分析其成分和形貌。
2 试验结果与讨论2.1 试验结果分析图1(a)是ZnO的低倍SEM图像(C为计数率),图中可看出ZnO呈细小的晶须状,但燃烧不完全,燃烧后有的ZnO仍保持颗粒状,未生成四针纳米晶须。
图1(b)是ZnO的高倍SEM图片,显示ZnO呈四针状。
用EDS分析其成分(图1 (c)),显示该产物组分为氧和锌,其中铜为基底成分。
用XRD光谱对其进行结构分析(图1(d)),所有衍射峰均对应于六方纤锌矿结构,表明ZnO 六角晶体是唯一生成物。
图1 四针ZnO的形貌和成分分析Fig.1 M orph ology and composition an aly s is ofthe tetrapod-like ZnO图2是ZnO的TEM图像,从图2(a)中可看到ZnO有一个核心,从核心径向方向伸展出4根如触须状的针状晶体,每根针状体均为单晶体微 田时开等:在家用微波炉中合成四针状Z nO 纤维,晶须中心体直径为100～200nm,晶须直径为20～50nm,晶须长度约2μm,同时,还发现了四针状的ZnO纳米棒(图2(b),插图为四针ZnO纳米棒的H RTEM图像),该纳米棒四角直径均匀,H RTEM显示该ZnO晶须有着完美的微观晶体结构,晶格间距约0.52nm。
图2 四针ZnO的T EM图像Fig.2 TEM images of the tetrapod-like ZnO2.2 生成机理分析四针状ZnO是高温下锌蒸气与空气中的氧反应而成的,反应的速度比较快,在瞬间(<1s)就能完成。
其中,石墨粉对锌粉起到了辅助燃烧的作用,纯锌粉在微波中不能燃烧。
对四针ZnO的生长机理有多种解释,一般认为有气—液—固(VLS)方式和气—固(VS)方式。
陈艺锋等人[9]认为四针状ZnO晶须的结晶作用是气—液—固(VLS)方式,晶须生长受螺旋生长机理控制;锌蒸气中产生凝聚生长的锌液滴是制备四针ZnO晶须的关键,锌从液滴内向外扩散在晶须的端面产生生长台阶,随着液滴内的原子向外不断扩散,针体部分就不断地伸长生长,当液滴内的原子全部消耗尽时,晶须便不再发生轴向生长;这样,四针ZnO晶须由根部向尖端逐渐变细(图2(a))。
有时,气态锌原子与氧的反应很迅速,因此,系统中仍存在气态分子向晶须的直接沉积,即按气—固(VS)方式生长,其作用主要是促进晶须棱面生长而使晶须变粗,对轴向生长几乎没有影响。
按此种方法可生成直径均匀的四针ZnO纳米棒。
Z.X.Zhang等人[10]认为四针状ZnO有着规则的纤锌矿结构和明显暴露的孪晶面,即ZnO的每条臂都有3个孪晶面,锌蒸气直接沉积在孪晶面上和氧反应,每一晶面沉积速度相同,于是生成了四针状ZnO纳米棒(图2(b))。
本试验中观察到了两种形态的四针ZnO,为这两种生长机理提供了试验依据。
2.3 场发射特性测试由于ZnO薄膜与铜基片的黏附性不够,不能直接进行场发射测试,将ZnO薄膜揭下用导电胶黏附于硅片上,薄膜表面均匀平整。
将其放入真空腔中,采用二极管方式测试其场发射特性,真空度为2×10-4Pa,ZnO薄膜与阳极间距为500μm,在阳极加上直流电压,测量到四针状ZnO薄膜的开启场强为3.88V/μm,相应的电流密度为10μA/cm2。
当场强为5.7V/μm时,电流密度为0.39mA/cm2,如图3所示。
得到的结果显示,该四针状ZnO的场发射特性要优于ZnO纳米尖和ZnO纳米棒。
如C.J.Lee等人[11]在硅片上直接生长的ZnO纳米线,其开启场强为6.0V/μm,相应的电流密度为0.1μA/cm2,当发射电流密度为1mA/cm2,对应的场强为11.0V/μm。
B.Q.Cao等人[12]用金作催化剂,用电化学沉积方法在硅片上生长的ZnO纳米尖开启场强为4V/μm,对应的电流密度为0.1μA/cm2,当电流密度为10μA/cm2,相应的场强已达到18.9V/μm。