纳米ZnO有序阵列膜的制备及其光催化性能的研究(2)

菜单

参考文献 211 引言

1.1 纳米材料

纳米材料又叫纳米结构材料（nanostructure material），是指在三维空间尺寸中至少有一维的直径在1-100纳米之间，或者说是由它们的基本单元组成的材料。例如纳米团簇，纳米粒子，纳米线，纳米棒，纳米薄膜，超晶薄膜等等[1]。

当粒子的尺寸缩小到纳米级别的某一个尺寸，材料的物理性质会发生突变，与同组分的常规材料展现出完全不同的性能，且同种材料的不同性能间有不同的临界尺寸，同一种性能间，不同的材料的临界尺寸也会有所差异。在物质的粒子尺寸达到纳米级别时，会表现出优于同组分的晶体或非晶体的性质。比如熔点下降、强化学活性、催化活性以及特殊的光、电、磁、力学特征。而这些主要是由于纳米材料的四大特点而引起的，即表面效应，小尺寸效应，量子尺寸效应[2-4]，宏观量子隧道效应[5]。

1.2 ZnO的性质

氧化锌(Zinc Oxide)俗称锌白，无毒、无臭、无，纯净的 ZnO 单晶是无色透明的，而它的粉末呈白色。在宽禁带半导体材料中，纳米 ZnO 之所以会成为研究的热点，是因为它具有独特的晶体结构和许多良好的物理性质。要制备出纳米ZnO，就先要了解它的性质。它是一种是两性氧化物，溶于酸碱，但不溶于水、醇和苯等溶剂。同时也是极性半导体，在半导体领域的液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。

1.3 纳米ZnO有序阵列的制备

目前国内外关于纳米氧化锌有序阵列的制备有很多方法。一种是气相法，即化学气相沉积法，一种是液相法，还有水热法、模板法、射频溅射法等等，每种方法都各有优缺点。所以有些人试着将不同的方法结合起来达到更好的效果。

1.3.1 气相沉积法：

气相沉积法[6]制备的过程中，首先将源物质气相化或经过一定的过程将源物质转化为气相，然后经过一系列的物理或者化学反应，以一定的生长机理形成所需纳米材料的方法。化学气相沉积法一般是用锌粉、氧化锌分或者其他含有锌的氧化物。通过蒸发等物理过程加上氧化还原反应、分解反应等等化学的过程来制备氧化锌纳米材料。用管式炉的反应,可以精准地控制反应温度、沉积温度、反应气体类型、以及催化剂种类等等，从而得到不同形态的一维ZnO纳米材料，比如纳米线、纳米棒、纳米带以及纳米阵列等等。

Seu YI L[7]等人利用气一液一固<VLS)生长机理,分别在cu和Au作催化剂的条件下在p型si衬底上合成了zno纳米线。发现在Cu作催化剂得到了在(0012)方向上的高质量垂直纳米线生长。

1.3.2 溶胶-凝胶模板法

常用的模板有聚碳酸醋和氧化铝模板。因为氧化铝模板具有有序、绝缘等优点，其应用更为广泛，已经用氧化铝模板法制备出了许多一维纳米材料。制备的方法有溶胶一凝胶法、溶胶一凝胶电泳沉积法还有直流和交流电沉积法，其中溶胶一凝胶法制备ZnO纳米线阵列的方法比较简单，成本较低，重复率好，也不需要特殊精贵的仪器，能够做到大规模的生产，所以此方法备受欢迎。

1.3.3 水热法制备

水热法可[8]以简单的描述为使用特殊的装置或者设备(通常是水热釜),人工创造出一个高温高压的密闭的反应环境,在这个高温高压的环境下,原始混合物进行反应,制备出在常温下很难得到的产物或者形貌。与其他的材料制备方法相比较,水热法制备技术具备许多的优点，操作简单，温度低，即成本也低，不需要借助昂贵的仪器，也没有难以解决的污染产生，得到的结晶形貌较好，在工业上具有很高的生产价值。