1。1。1  氧化锌介绍

氧化锌（ZnO）是具有宽带隙的本征半导体，由于其所具有的宽带隙（室温下约为3。37eV）和大激子结合能（约为60meV），使ZnO的光电应用在蓝光和紫外光范围内十分有前景。ZnO的高激子结合能可以保证在室温下有效地释放激子，比GaN更适合于制造紫外发射荧粉。这使室温下紫外线有更高的发射效率并减少了紫外激光阈值。由于ZnO的非中心对称的结构而产生的压电特性，使之可用于制造机电传感器。此外，ZnO掺杂过渡金属对自旋电子应用也十分重要[1]。ZnO的生物相容性使它有一定的生物方面的应用。ZnO的化学性质稳定，并且是一种环境友好型材料。除此之外，ZnO有很多实际应用，例如压电式换能器、光波导、表面声波元件、透明导电氧化物、紫外线发射器等等。

1。1。2  氧化锌结构

纤锌矿ZnO具有六边形结构，晶胞参数为a =0。3296nm和c =0。52065nm，ZnO的结构可简单描述为沿c轴堆放的由大量O2-和Zn2+原子组成的交替平面（如图1。1）。ZnO的四面体配位是形成非中心对称结构的原因。ZnO结构上的特殊性带来压电性和热电性等特殊的物理性质。ZnO的另一个重要特征是极性的表面。通常极性表面是基底面。电荷相反的原子提供带正电荷的Zn-(0001)以及带负电的O-(0001)表面，从而导致了正常的偶极矩和沿c轴的自发极化以及表面的能的差异。为了保持一个稳定的结构，极性面一般表现出极大的表面重建，但是ZnO是例外，因为它原子层面来讲很平，稳定且不存在重建。另外两个较为常观察的是{2110}和{0110}，因为它们是非极性表面且能量较{0001}面低。

图1。1  氧化锌的结构模型，Zn-O的四面体配位。

1。1。3  纳米氧化锌的制备

ZnO的纳米结构可以由很多不同的方法制备而成，例如，热蒸发，有机金属气相外延法（MOVPE），水热合成法，模板合成法等等。ZnO纳米结构的制备方式可分为两种，分别是自发性的天然生长和模板法合成。在没有模板的情况下可以使用金属催化剂或者是自催化的方法进行制备。例如金属催化剂金就有利于实现纳米结构的对齐和选取生长。而纳米棒可以在没有催化剂的情况下通过水热法合成，为了改进纳米棒于基底的垂直取向，制备纳米晶种子层而不是制备ZnO纳米粒子。在这些制备方法中，物理蒸汽沉积和助熔剂法通常需要较高的温度，可能会将催化剂或杂质掺进ZnO纳米结构中。因此，结合较为灵活的有机基底可用来制造未来的折叠和便携式电子设备。金属有机气相沉积（MOCVD）的制备方式可以合成较为高质量的ZnO纳米线阵列，但通常沉积均匀性差使产品产量较低，并且可供选择的基底很少。而且，实验经费相对很高，所以这种方法并没有得到大范围的使用。脉冲激光沉积，溅射以及自顶而下的方法与其他方法相比，存在较差的可控性和再现性等问题，故相对来讲，湿化学法好一些。因为它有价格低且可按比例扩大，反应温度相对低等等的优点。以下，简要介绍ZnO纳米结构的水热合成的方法以及实验水热前对锌线的处理方法。

（1）水热合成法基本介绍From+优`尔^文W网wWw.YouErw.com 加QQ75201^8766

ZnO属于两性氧化物，其等电点值为9。5，Zn2+的四面体配合物中，由于其3d10的电子构型，无色且晶体场稳定性为0，所以根据给定的pH值和温度，Zn2+可以在一系列的中间体中形成，故ZnO可以在中间物中脱水而成。在水溶液中的化学反应一般认为是处于一种可逆的平衡之中，整个系统的自由能驱动力达到最小化。沿具有高能极性表面的c轴生长的纤锌矿结构ZnO，当ZnO核心形成时，传入的前体分子倾向于优先吸附在极性表面上以求尽量减少表面能。在前驱体分子沉积后，原来的极性面以反向极性向另外一个极性表面转变，这个过程不断重复，导致在[0001]方向的快速生长，将非极性的{2110}和{1100}暴露在溶液中。这就是ZnO纳米结构的基本形成方式。水热法生长ZnO时有很多因素会影响它的生长，溶液浓度，温度，基底预处理等等。因为水热是在低温下进行生长，它的结晶质量相对会低一些，为了提高样品的光学质量，在适当条件下可以使用退火来改善。