【文章內容簡介】 層，及建筑墻面、地面和各種衛(wèi)生潔具表面。納米 ZnO 添加到汽車金屬閃光面漆中可制造一種汽車專用變色漆。另外添東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 緒論7加納米 ZnO 的涂料對電磁波、雷達波具有很強的吸收性，且顏色淺，涂層薄，因此用于飛機、導彈、潛艇、艦艇等武器裝備上作軍事隱形材料，可以極大提高它們的戰(zhàn)斗生存能力，在軍事、國防上都具有重大的意義 【10】 。同時通過對納米 ZnO 的紫外可見光特性的研究表明 【11】 ，在可見光區(qū)，納米 ZnO 比普通 ZnO 對可見光的吸收弱的多，有很好的透過率，因此具有高度的透明性。在紫外區(qū)，納米 ZnO 對紫外光的吸收能力遠遠強于普通 ZnO。說明納米 ZnO 較普通 ZnO 具有很好的可見光透明性及紫外線遮蔽特性。同時由于納米 ZnO 無毒、無味、不分解且不變質，因此在化妝品中添加納米 ZnO 有很好的護膚、美容作用，既能屏蔽紫外線防曬，又能抗菌除臭；氧化鋅也是皮膚的外用藥物，對皮膚有收斂、消炎、防腐、防皺和保護等功能 【11】 。 納米 ZnO 的制備技術正因為氧化鋅的用途如此之多，所以其制備技術也就成為各位學者的研究熱點。目前，人們采用了各種各樣方法用來進行 ZnO 納米晶體的合成研究。然納米粉體的粒徑越小，其納米效應就越突出，則相應的制備技術要求也就越高【12】 ，因此在實際應用中，要根據不同的應用需求，選擇相應的制備方法。目前制備納米氧化鋅的方法主要有溶膠凝膠法、直接沉淀法、均勻沉淀法、乳液法和水熱法等。 溶膠 凝膠法溶膠凝膠法 【13】 起源于十八世紀。二十世紀七十年代初德國科學家Dislich 報道了通過金屬醇盆水解得到溶膠，經過凝膠化，得到了多組分的凝膠。這一成果引起了材料科學界的極大興趣，被認為是溶膠一凝膠技術的真正開端。近幾十年間，溶膠凝膠技術在化學及生物標記的研究和應用方面取得了巨大進展。溶膠凝膠方法是濕化學反應方法之一。溶膠一凝膠過程主要包括以下四個步驟:水解、縮聚、干燥和熱分解。將金屬醇鹽或無機鹽溶于溶劑(水或有機溶劑)中形成均勻的溶液，溶質與溶劑產生水解或醇解反應，生成物聚集成 1nm左右的粒子并組成溶膠，經蒸發(fā)干燥轉變?yōu)槟z，最后經過高溫焙燒以分解有機前驅體，得到金屬氧化物超微粒子。通常溶膠顆粒的尺寸取決于溶液的組成，pH 值和反應溫度。通過控制以上影響因素，可以調控顆粒的尺寸。應用該方法已經成功的合成了多種金屬氧化物納米結構。例如 TiOSnO ZnO、Al 2O3 以及其它納米結構。與傳統(tǒng)材料制備方法相比較，溶膠－凝膠法具有如下的優(yōu)點：反應溫度低，顆粒間聚集和生長過程易于控制；所得顆粒粒徑小一（3～5nm），純度高，并且粒度分布范圍狹窄；可以調控凝膠的微結構。影響溶膠－凝膠材料的因素很多，包括前驅體、東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 緒論8溶劑、水量、反應條件、后處理條件等等。通過對這些因素的調節(jié)，可以得到一定微觀結構和不同性質的凝膠。從同一種原料出發(fā)，改變工藝過程即可獲得不同的產品如粉料、薄膜、纖維等；工藝簡單、操作容易，不需要昂貴的設備。但同時也存在一些缺點：所用原料多為有機化合物，成本較高有些對健康有害；處理過程時間較長，產品易產生開裂；若燒結不夠完善，產品中會殘留細孔及輕基或有機物，而后者會使產品呈現黑色。雖然如此，目前溶膠法在制備量子尺寸氧化物方面有著獨特的應用價值，已成功地合成了量子尺寸的 WOCdSe、Fe 2O ZnO 等透明溶膠。 直接沉淀法直接沉淀法 【14】 就是在可溶性鋅鹽溶液中直接加入一種沉淀劑，生成不溶于水的沉淀物，然后再通過分離、干燥、煅燒制得納米 ZnO 粉體。該法具有工藝簡單、操作簡便、對設備要求低、容易批量生產等優(yōu)點，是工業(yè)生產納米氧化鋅的首選方法；由于過程中是沉淀劑與反應物直接接觸而沉淀，會引起成局部濃度過大而造成產物粒度分布不均勻、分散性較差、粉體易團聚。 均勻沉淀法均勻沉淀法 【14】 與直接沉淀法不同，溶液中的沉淀劑(構晶陽離子或陰離子)是逐步、均勻地產生出來的，避免了沉淀劑局部過濃的現象，所制得的納米 ZnO粒徑小、分布窄、分散性好，效果優(yōu)于直接沉淀法。但該法的不足之處是反應過程耗時長，沉淀劑用量大，產率相對較低。 微乳液法（反相膠束法）對比前幾種方法，微乳液法 【15】 對所制納米粉體粒徑的控制顯得更容易，因為微乳液中的水核為納米前驅物的生成反應提供了一個尺寸大小可控的“微型反應器”；該微型反應器的界面是一層表面活性劑分子，從根本上控制了顆粒的生長，限制了微粒的團聚。但微乳液中表面活性劑及助表面活性劑的存在，對納米微粒的純度會有一定影響。本法是利用兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成均勻的乳液，劑量小的溶劑被包裹在劑量大的溶劑中形成一個微泡，微泡的表面被表面活性劑所包裹。近年來用 W/O 型微乳液制備超細粉體得以流行。它是由水、油（有機溶劑） 、表面活性劑及其助劑組成的透明、半透明的、各相同性的熱力學穩(wěn)定體系，其中水被表面活性劑及其助劑單層包裹形成“微乳液” ，被稱為反應介質，稱其為“微型反應器” ，通過“微水池”的尺寸來控制粉體的大小，制備納米物質。制備技術的關鍵是制備微觀尺寸均勻、可控、穩(wěn)定的微乳液。此法裝置簡東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 緒論9單、操作容易、粒度均勻可控，但成本費用較高，仍有團聚問題，進入工業(yè)化生產目前有一定難度。 水熱法水熱合成方法 【16】 被認為是制備納米或微米的金屬氧化物晶體最好的方法。不同于物理方法，需要較高的操作溫度和先進的設備。水熱合成技術通?？梢栽诘蜏叵逻M行，制備的樣品具有窄的尺寸分布，良好的結晶性能，晶相純度高以及良好的分散性等特點。更重要的是可以通過調整生長條件(溶劑的種類、溶液的 pH、反應的溫度、時間等)來控制納米顆粒的晶體結構、結晶形態(tài)與晶粒純度。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。早在二十世紀七十年代 Landise 和他的同事們就已經對水熱合成技術進行了深入的研究，并合成了 ZnO 晶體。其化學反應方程式如下所示:ZnO (Powder)+OH+2H2O→Zn(OH) 42→ZnO(crystal)+OH +2H2O在此項技術中，將 ZnO 粉末溶于 4mol/L 堿性溶液后至于高壓反應釜內，以 30O℃/min 的溫度梯度加熱至 385℃。在此過程中，ZnO 粉末首先溶解，形成飽和溶液 Zn(OH)42。之后將該飽和溶液置于低溫處，形成過飽和狀態(tài)，晶體生長開始。ZnO 的生長速率大概為 ~。由于該項技術中晶體生長是在低溫下進行的，因此缺陷，例如熱應變，就不會發(fā)生。使得所得晶體的缺陷密度要小于 500cm2。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。水熱法又稱高溫溶液法，包括溫差法、降溫法(或升溫法)及等溫法。其原理是利用高溫高壓的水溶液使那些在大氣條件下不溶或者難溶于水的物質溶解或反應生成該物質的溶解產物，并達到一定的過飽和度而進行結晶和生長的方法。水熱法生長的晶體熱應力小、宏觀缺陷少，均勻性和純度較高。該方法的主要特點有: (1)過程是在壓力與氣氛可以控制的封閉系統(tǒng)中進行的；(2)相比熔體法和助熔劑法， 其生長溫度很低； (3)生長區(qū)基本處于恒溫和等濃度狀態(tài)，且溫度梯度很小；（4）屬于稀薄相生長，溶液粘度很低。（5）生長的晶體熱應力小，均勻性好，宏觀缺陷少。目前國內外已經有許多科研小組進行此方法的研究。 ZnO 晶體的研究進展及現狀 ZnO 晶體的研究進展早在二十世紀六、七十年代，ZnO 晶體的研究工作就已經開始，但由于當時的 ZnO 晶體的用途主要集中在聲表和壓電領域，限于當時器件和集成電路的技術水平，對 ZnO 晶體的質量要求不是很高，同時 ZnO 單晶生長困難，高質量的 ZnO 晶體需要復雜的設備和相應的生長技術 【17】 。1996－1997 年,P Yu，DM Bagnall 等人相繼發(fā)現在藍寶石基片上定向生長的納米微結構 ZnO 晶東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 緒論10體薄膜有受激發(fā)射現象，發(fā)光波長 380nm。受激發(fā)射來源于電子一空穴等離子體復合。研究證實 ZnO 半導體的激子束縛能高達 ，遠高于室溫熱離化能 ，也高于 ZnSe()、ZnS()、GaN() 的激子束縛能。ZnO 薄膜的沉積溫度僅為 500℃左右，遠低于 GaN 的沉積溫度。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。著名材料科學家 在 Science 雜志撰文,高度稱贊了這項工作。此后， 等人又發(fā)現多晶薄膜和粉體材料存在隨機受激發(fā)射現象。一系列研究工作表明 ZnO 半導體有可能制成性能優(yōu)良的紫外發(fā)光半導體激光器。今天的信息世界是由電子來攜帶信息，局域磁距存儲信息，光傳輸信息?，F在，人們越來越多的認識到自旋電子器件遠優(yōu)于傳統(tǒng)的電子器件。如給半導體激光器提供自旋極化的電子，所產生的激光有更好的模式穩(wěn)定性和低的電流。自旋晶體管比傳統(tǒng)的場效應管速度更快，效率更高。稀磁半導體同時利用了電子的電荷屬性和自旋屬性進行信息處理和存儲，使計算機的結構更加簡化，功能更強大。ZnO 稀磁半導體具有多種優(yōu)異的磁光、磁電性能，使其在高密