【正文】 是目前人們經(jīng)常提起的納米材料給社會(huì)的發(fā)展和人們的日常生活帶來(lái)了不曾想到的變化。它的微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般為100~102nm。Gleiter 在高真空的條件下將粒徑為 6nm 的 Fe 粒子原位加壓成形，燒結(jié)得到納米微晶塊體，從而使納米材料進(jìn)入了一個(gè)新的階段。　　在納米材料中，納米晶粒和由此而產(chǎn)生的高濃度晶界是它的兩個(gè)重要特征。一個(gè)直徑為3nm 的原子團(tuán)包含大約900個(gè)原子，幾乎是英文里一個(gè)句點(diǎn)的百萬(wàn)分之一，這個(gè)比例相當(dāng)于一條300多米長(zhǎng)的帆船跟整個(gè)地球的比例。它在量子器件、特種精細(xì)陶瓷、太陽(yáng)能利用、環(huán)保催化劑、醫(yī)藥、化妝品等方面有著十分廣泛的應(yīng)用前景,還可用作氣體傳感器的敏感材料、熒光體、紫外線遮蔽材料、圖像記錄材料、壓電材料、變阻器、壓敏電阻 、催化劑 、磁性材料、陶瓷材料、高密度信息存儲(chǔ)材料。同時(shí)也成為當(dāng)今倍受關(guān)注的材料。在接近 0K 的超低溫范圍內(nèi)，ZnO 表現(xiàn)出奇特的性質(zhì)，即隨著溫度的升高，體積收縮而不是膨脹。ZnO 具有特殊的化學(xué)吸附解吸性能，在空氣中加熱到 500℃以上，O 從 ZnO 晶體表面解析，從而留下可吸附的位置，這些位置使填隙原子 Zn 接近表面；溫度下降時(shí)，O 原子被吸附在這些位置，填隙原子 Zn 的一個(gè)電子被 O 原子俘獲，電荷的轉(zhuǎn)移使 ZnO 的導(dǎo)電性能降低，形成對(duì)H 原子有強(qiáng)烈的親和力的帶單電荷的 O，遇到有 H 原子的環(huán)境，它會(huì)轉(zhuǎn)化成OH釋放出一個(gè)電子，從而使 ZnO 的導(dǎo)電性能提高。 ZnO 具有光致發(fā)光性，可以被多種光波激發(fā)而發(fā)光，并且具有發(fā)光亮度高、可見(jiàn)光區(qū)發(fā)光波長(zhǎng)范圍寬、發(fā)光余輝少以及量子效率較高的特點(diǎn)。其晶胞由互相貫穿的六角柱密堆積晶格構(gòu)成，晶格結(jié)構(gòu)如圖 所示。從結(jié)晶化學(xué)角度分析，晶體中的陽(yáng)離子是構(gòu)成晶體的主要結(jié)構(gòu)骨架，負(fù)離子配位四面體是晶體的基本結(jié)構(gòu)基元，因此晶體中的負(fù)離子配位多面體就成為研究晶體結(jié)構(gòu)與形貌的基本結(jié)構(gòu)基元。而上、下兩層 ZnO46四面體的頂角都是指向晶體的負(fù)極面。主要用途如圖 所示。下面我們就對(duì)納米 ZnO 的一些主要用途做一簡(jiǎn)單的介紹。通過(guò)研究液氮溫度下，納米 ZnO 光催化氧化 C7H16 和S02 過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，其光催化活性隨其順磁共振(ESR )信號(hào)強(qiáng)度的減小而下降。 光、電及氣敏等領(lǐng)域當(dāng)納米材料的晶粒尺寸與光波波長(zhǎng)、傳導(dǎo)電子的德布羅意波長(zhǎng)、超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或比它們更小時(shí)，一般固體材料賴以成立的周期性邊界條件將被破壞，.表現(xiàn)出小尺寸效應(yīng)。此外 ZnO 對(duì)多種可燃性氣體具有較高的氣體敏感度，如通過(guò)摻雜可對(duì)硫化氫、氟立昂、酒精蒸汽和二氧化硫等氣體的選擇性檢測(cè)。且其螢光波長(zhǎng)比 GaN 更短，因此在光存儲(chǔ)應(yīng)用中可以進(jìn)一步提高光存儲(chǔ)的密度，從而在光電子領(lǐng)域?qū)τ谔岣吖庥涗浐托畔⒌拇嫒∷俣绕鸬椒浅Ｖ匾淖饔?，納米 ZnO 薄膜有望成為下一代紫外光半導(dǎo)體激光器，這將引起光信息存儲(chǔ)的巨大變革 【8】 。同時(shí)利用摻雜制備的納米ZnO 薄膜，具有優(yōu)異的光電性能，如高的電導(dǎo)率、寬的禁帶寬度等，因此可應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、電致發(fā)光等方面。原子在外力變形條件下自己容易遷移，表現(xiàn)出甚佳的韌性與一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力學(xué)性能。將納米 ZnO 添加到各種涂料中，用子各種材料表面涂層，具有很好的抗潮、抗腐蝕性、耐光性和耐候性，并可顯著提高涂膜的機(jī)械強(qiáng)度和附著力。同時(shí)通過(guò)對(duì)納米 ZnO 的紫外可見(jiàn)光特性的研究表明 【11】 ，在可見(jiàn)光區(qū)，納米 ZnO 比普通 ZnO 對(duì)可見(jiàn)光的吸收弱的多，有很好的透過(guò)率，因此具有高度的透明性。 納米 ZnO 的制備技術(shù)正因?yàn)檠趸\的用途如此之多，所以其制備技術(shù)也就成為各位學(xué)者的研究熱點(diǎn)。 溶膠 凝膠法溶膠凝膠法 【13】 起源于十八世紀(jì)。溶膠凝膠方法是濕化學(xué)反應(yīng)方法之一。通過(guò)控制以上影響因素，可以調(diào)控顆粒的尺寸。影響溶膠－凝膠材料的因素很多，包括前驅(qū)體、東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論8溶劑、水量、反應(yīng)條件、后處理?xiàng)l件等等。雖然如此，目前溶膠法在制備量子尺寸氧化物方面有著獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值，已成功地合成了量子尺寸的 WOCdSe、Fe 2O ZnO 等透明溶膠。但該法的不足之處是反應(yīng)過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)，沉淀劑用量大，產(chǎn)率相對(duì)較低。近年來(lái)用 W/O 型微乳液制備超細(xì)粉體得以流行。 水熱法水熱合成方法 【16】 被認(rèn)為是制備納米或微米的金屬氧化物晶體最好的方法。而且水熱合成法中，溶劑并不僅限于水，也可以是其它極性或非極性的溶劑，例如苯等。之后將該飽和溶液置于低溫處，形成過(guò)飽和狀態(tài)，晶體生長(zhǎng)開(kāi)始。與溶膠凝膠法相比，水熱法更有利于環(huán)境凈化，具有較好的發(fā)展前景。該方法的主要特點(diǎn)有: (1)過(guò)程是在壓力與氣氛可以控制的封閉系統(tǒng)中進(jìn)行的；(2)相比熔體法和助熔劑法， 其生長(zhǎng)溫度很低； (3)生長(zhǎng)區(qū)基本處于恒溫和等濃度狀態(tài)，且溫度梯度很??；（4）屬于稀薄相生長(zhǎng)，溶液粘度很低。1996－1997 年,P Yu，DM Bagnall 等人相繼發(fā)現(xiàn)在藍(lán)寶石基片上定向生長(zhǎng)的納米微結(jié)構(gòu) ZnO 晶東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論10體薄膜有受激發(fā)射現(xiàn)象，發(fā)光波長(zhǎng) 380nm。因此 ZnO更適合制作在室溫下或更高溫度下工作的紫外發(fā)光器件。今天的信息世界是由電子來(lái)攜帶信息，局域磁距存儲(chǔ)信息，光傳輸信息。稀磁半導(dǎo)體同時(shí)利用了電子的電荷屬性和自旋屬性進(jìn)行信息處理和存儲(chǔ)，使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化，功能更強(qiáng)大。通過(guò)改變基質(zhì)成分，合成了 ZnxMg1xO 半導(dǎo)體材料，改變了禁帶寬度，獲得了波長(zhǎng)更短的紫外發(fā)光。（6）獲得了各種形態(tài)的納米 ZnO 材料。合成 ZnO 單晶可以采用高溫熔融法、助溶劑法、氣相反應(yīng)法、水熱法，但現(xiàn)在還沒(méi)有一種即快速又高質(zhì)量的合成 ZnO 完整晶體的工藝。按照這一觀點(diǎn)，發(fā)展了 ZnO 晶體薄膜的定向生長(zhǎng)技術(shù)，使得納米薄膜的生長(zhǎng)技術(shù)獲得快速發(fā)展。在薄膜制備工藝、P 型半導(dǎo)休摻雜、發(fā)光二極管制造、多色化 ZnO 發(fā)光材料、ZnO 納米材料制備、ZnO 基稀磁半導(dǎo)體材料的制備方面等達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。在眾多的生長(zhǎng)方法中，水熱法是生長(zhǎng) ZnO 的重要方法，從目前報(bào)道來(lái)看，水熱法生長(zhǎng)的 ZnO 晶體質(zhì)量最好。雖然國(guó)外 ZnO 晶體生長(zhǎng)技術(shù)取得很大的突破，水熱法生長(zhǎng) ZnO 晶體仍有很多方面需要研究，晶體質(zhì)量和生長(zhǎng)速度有待進(jìn)一步提高。東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 實(shí)驗(yàn)部分132 實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑 實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器 型號(hào) 生產(chǎn)廠家定時(shí)加熱磁力攪拌器 EMS3A 天津歐諾儀器儀表有限公司電子天平 LP502A 常州市衡器廠燒杯量筒反應(yīng)釜 自備 實(shí)驗(yàn)試劑實(shí)驗(yàn)試劑 級(jí)別 生產(chǎn)廠家水合硝酸鋅 分析純 天津大茂化學(xué)試劑廠 氫氧化鈉 分析純 天津大茂化學(xué)試劑廠蒸餾水 自制表面活性劑 分析純 中國(guó)醫(yī)藥（集團(tuán)）上?；瘜W(xué)試劑廠 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)原理先制備氫氧化鋅膠體作為前驅(qū)物，然后在中性介質(zhì)的水熱條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)。 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)一步驟：一定量的水合硝酸鋅和一定量的氫氧化鈉溶解在一定量的蒸餾水中，攪拌約 90 分鐘后移入 50mL 聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，外加不銹鋼保護(hù)裝置后放入烘箱內(nèi)，100℃下保溫 15 小時(shí)；實(shí)驗(yàn)二步驟：一定量的水合硝酸鋅和一定量的氫氧化鈉溶解在一定量的蒸餾水中，再加一定量的表面活性劑到其中，攪拌約 90 分鐘后移入 50mL 聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，外加不銹鋼保護(hù)裝置后放入烘箱內(nèi)，100 度下保溫 15 小時(shí)。 結(jié)果與討論 產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)分析對(duì)兩種方法所的產(chǎn)物進(jìn)行 XRD 結(jié)構(gòu)分析，其譜圖都如 所示。微晶直徑約 100 nm，長(zhǎng)度約1～3μm ，長(zhǎng)徑比可以達(dá)到 30。 10203040506070010203040502 theta東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 實(shí)驗(yàn)部分15a)b)圖 不加表面活性劑所得產(chǎn)物 SEM照片東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 實(shí)驗(yàn)部分16a)b)圖 添加表面活性劑所得產(chǎn)物 SEM照片東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 實(shí)驗(yàn)部分17 表面活性劑的影響某些物質(zhì)當(dāng)它們以低濃度存在于某以系統(tǒng)中時(shí)，可被吸附在該系統(tǒng)的表面（界面）上，使這些表面張力（或表面自由能）發(fā)生明顯降低的現(xiàn)象，這些物質(zhì)稱(chēng)為表面活性劑。產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)與形貌完全是在表面活性劑的影響下發(fā)生改變。氧化鋅是極性晶體，這就決定了(0001) 面和(000 ) 面是非等價(jià)面。并與添加一種表面活性劑制得的氧化鋅微晶的形態(tài)進(jìn)行比較，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果探討水熱法制備超細(xì)微晶