一维ZnO晶须的液相合成及其机理研究

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ZnO晶须是一种新型的多功能精细材料,其优异的性能引起了材料科学家的极大关注。因具有较高的强度、硬度和韧性,被广泛地应用于制造各种复合材料。近年来,ZnO纳米线较低的光激发阈值,高化学活性和一维纳米结构使之成为制作紫外纳米激光器的理想材料。 本论文采用一种新型的液相恒温陈化法,以ZnCl2和NaOH为原料,在表面活性剂作用下,成功地制备出了形貌较好的一维(1-D)ZnO晶须。该方法具有工艺设备简单,反应条件温和等特点。 另外,我们在1-D ZnO晶须制备技术的基础上,对表面活性剂存在下Zn(OH)2→ZnO的相变过程进行了系统地研究,从本质上揭示了1-D ZnO晶须生长的基本规律,为其控制合成提供了理论依据。 本论文的主要内容包括: (1) 以ZnCl2—NaOH为实验体系,通过研究各种反应条件对产物的影响,总结出了恒温陈化法制备1-D ZnO晶须的最优条件。结果表明:ZnCl2与NaOH的摩尔比、对反应前驱物的室温搅拌与否,及使用何种类型的表面活性剂是制备1-D ZnO晶须的关键因素;并且添加少量有机溶剂可明显减小晶须的粒径。 (2) 利用溶液的锌(Zn(Ⅱ))滴定曲线,XRD和SEM等表征手段对不同实验条件下各反应过程进行监测,初步揭示了1-D ZnO晶须成核、生长的一般规律。结果表明:在85℃恒温陈化条件下,1-D ZnO晶须的生长为89-0138型Zn(OH)2→ZnO的相变过程,属溶解—再结晶机制。其形貌是由于其生长基元ZnO22-在正负极面上的叠合速度不同而造成的。锌碱比通过控制溶液中Zn(Ⅱ)浓度及反应前驱物的晶型,调控ZnO晶体成核、生长速率,从而得到不同形貌的ZnO晶体。室温搅拌过程有利于形成晶形完好的89-0138型Zn(OH)2,而这是生成1-D ZnO晶须的一个必要条件。 (3) 系统地研究了不同表面活性剂存在条件下,Zn(OH)2相转化为1-D ZnO的过程。通过比较锌滴定曲线和相变速率的变化趋势,以及所得1-D ZnO的粒径和长径比大小,建立了相变过程中表面活性剂胶团作为“微型反应器”或作为模板制
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