制备纳米材料.docx

溶剂热法在阵列101和002单晶多晶锌金属基板上制备纳米氧化锌Je Hyeong Park, P. Muralidharan, Do Kyung Kim材料科学与工程学院、韩国科学技术高级研究院(韩科院),335 Gwahangno,Yuseong-gu,大田市305 - 701年,大韩民国关键词:发光 锌单晶衬底 溶剂热过程 一维氧化锌纳米线 纳米材料摘要阵列101和002单晶多晶锌基质通过直接在溶液表面氧化制备一维纳米氧化锌的方法即溶剂热方法。表面氧化在由水和1 -丙醇通过加氨调节最佳PH的混合溶剂内进行。Xrd实验表明：纳米氧化锌在锌基质上以单晶和纤锌矿结构生长。氧化锌的生长在 (002)单-和聚晶基板上是b001N方向,相比之下,生长在 (101)单晶衬底主要集中在b101N方向。纳米氧化锌的纹理系数由xrd数据计算。氧化锌晶体的各种形状通过电镜扫描观察。氧化锌的光学性能通过发光光谱来表征。1. 介绍 一维(1 d)氧化锌纳米结构(线、棒、管、带)已经成为研究的焦点，由于他们的宽带差距(3.37 eV)、大自由激子结合能（60 meV）,高光增益,和他们的化学和热稳定性。特别是,氧化锌纳米（1 d）整齐的晶型排列，已经吸引了相当多人的的兴趣,许多潜在的应用：光电纳米器件,包括气体传感器、防静电涂料、光波导、色素增感太阳能电池(3 - 7)。不同大小、形态的单晶纳米氧化锌有不同的方法制备，包括溶剂热过程。这些流程提供显著的优势,比如化学均匀性、低温和高压,要求增加前躯体的溶解性。一般来说,氧化锌的水热条件下的生长,通常是用衬底上的纳米氧化锌种子。此外,黄金(Au)、锡(Sn)和铂(Pt)已经在表面预涂，也作催化剂。获得面向NRs在非特异性的方向,外延取向之间的关系和衬底的重要因素之一13 - 17。氧化锌在一个特定的方向对齐NRs一直增长，取决于表面氧化的锌衬底溶剂温度。下面，我们将介绍利用溶剂热法在锌金属基板上制备阵列101和002单晶多晶纳米氧化锌，据我们所知，这是第一份关于影响单晶纳米氧化锌生长方向的报告。2. 实验一维氧化锌种植在阵列 (101)和(002)单-(Mateck、德国)和聚晶锌表面(Samhwa、韩国)。锌前驱体和锌基板要在异丙醇、甲醇、干氮气利用声波降解法预处理，基板锌被放置在100毫升聚四氟乙烯衬里不锈钢高压釜， 内部有20毫升的去离子水,40毫升1 -丙醇(99.5%,Junsei化学、日本)作为溶剂介质。介质的pH值添加氨(28 wt %)调整到一个最佳。溶剂热反应在125C的烤箱烘10 h。之后,样品用去离子水和乙醇清洗。为锌基板做一下测试x射线衍射仪(XRD,Rigaku,D / MAX-IIIC x射线衍射-ometer、东京、日本)和铜K辐射(= 0.15406 nm 40千伏和45马)。氧化锌微晶的生长在单一和多晶锌基质特征定量试验与计算纹理系数Tc(hkl)。纹理系数Tc(hkl)是定义如下18:Tc(hkl)=(i(hkl)/ Ir(hkl)/1 / n(i(hkl)/ Ir(hkl),Tc(hkl)是结构系数、n是峰的数量,i(hkl)是强度的峰值点,和红外(hkl)峰强度表示在JCPDS # 36 - 1451对应随机取向微晶。一个样本的随机取向微晶提出了Tc(hkl)为1,而一个更大的值表示大量的微晶取向到(hkl)。发射扫描电镜(fe sem,XL30,FEG、飞利浦、荷兰)和透射电子显微镜(TEM JEOL JEM 3010,日本)是用来描述准备样品的形态和结构的。光学性质表征NRs在室温下通过光致发光(PL)光谱使用325 nm激发波长从氩离子激光器(相干英诺华激光系统)。3. 结果与讨论一个浅灰色(101)、(002)单和聚晶锌底物在125C 溶剂热反应10h，xrd结果显示纳米氧化锌与锌基板无缝长在一起，氧化锌的衍射峰显示为六角纤锌矿结构，这与晶格常数报道值一致。纳米氧化锌基板的方向和计算结构系数展示在表1。这个实验是重复再现性和一致性的。单晶基片的方向在确定氧化锌晶体的优先生长方向起着至关重要的作用。氧化锌的主要强峰的不同，这是因为他们的生长取向取决于基板的结晶度与方向。XRD图的模式1(一)-(c)表明,峰值对应底物有很弱的强度表明水晶种植密集。可以看出,在图1(一)的强度(101)峰强比其他的峰强,如(002)和(100)。这表明,纳米氧化锌生长在(101)锌衬底是高度取向的b101N方向。XRD分析和结构系数的计算表明,(101)取向具有高结构系数Tc(101)比(002)取向与Tc(002)(表1)。结果表明,纳米氧化锌生长在(101)单晶衬底被定向的锌b101N方向。另一方面,NRs生长在(002)单-和聚晶锌基片，1(b)和(c)显示的强度(002)峰强比(101)和(100)峰。它是明显的,从XRD模式在图1(b)和(c),氧化锌晶体是在b001N导向的方向,看到从高纹理系数定量的Tc(002)在比较与Tc(101)(表1)。图2(a)、(c)、(e)和(f)显示了SEM显微图中密集生长纳米氧化锌在(101)、(002)单-和聚晶锌基板。显微图在图2(a),(c)、(e)和(f)显示对齐的纳米氧化锌面向是垂直于衬底。这些纳米氧化锌有相同的平均身高( 4 - 5m)和直径( 200 nm)。通过改变反应时间纳米氧化锌可以变化从几百纳米到几个m。图2(b)和(d)显示了SEM和TEM图像嵌入的锋利或柱状和平坦尖形状的纳米氧化锌成长从(101)和(002)单晶体。图2(f)显示了侧视的对齐的氧化锌生长在聚晶NRs锌衬底和也明确提示形状的关系。纳米氧化锌生长的基质在基础培养基锌水/ 1 -在一个高压力的proponol可以简化如下: Zn2+ +4OH Zn(OH)42 and Zn(OH)42 ZnO + H2O + 2OH.。这保证了解散Zn2 +离子从金属表面和配合物使其形成锌(OH)2和多余的哦离子生产Zn(OH)2离子。这些Zn(OH)2和2 Zn(OH)2反式-形式到氧化锌种子在高温度和压力。这些种子凝聚在一起形成一个六角平面核22。一个六角板氧化锌和形式(001) 取向和可以吸引新的氧化锌物种到表面,从而产生增长。目前的实验结果证明了整个Zn2 +离子核起源于通过解散(101)和002)取向的锌基片。因此,可以得出结论：Zn2 +离子核起源于不同方向的基板和种子凝聚在一起形成一个六角平面核的定位相对应氧化锌晶体形成的。进一步的实验正在进行本研究的挑战,提高粒子组织和取向。图3显示了PL光谱对氧化锌生长的关系,锌基板,测量范围,在350纳米到450纳米,插图显示整个范围从350到600纳米。强烈的PL峰集中在374 (3.31 eV),372(3.32 eV)和368(3.36 eV)纳米氧化锌生长在(101)、(002)单-和聚晶基板,宽阔的紫外发射峰的范围从368到376纳米可能对应于带边发射产生的重组的自由激子的中心23。在图3(b)和(c)、最大宽度值的PL光谱是非常大的和PL峰值能量的关系,生长在(002)单-和保利-水晶是高于计算的自由激子能量。这个更高的PL能量可能归因于额外的紫外线辐射可能来自于界面层的衬底和之间氧化锌。特别是,纳米氧化锌生长在(101)显示非常弱的高峰期在477 nm和490 nm。这可能归因于弱的蓝色带。4、结论1维纳米氧化锌通过溶剂热 proponol过程成功种植在(101)、(002)单和聚晶锌基片。反应过程实现通过简单的表面氧化锌底物和纳米氧化锌种植没有任何表面催化剂。纳米氧化锌,沿特定的方向对齐种植各种技巧通过简单地改变锌基片取向。因此合成纳米氧化锌可以直接对齐用于特定的应用程序,包括紫外激光,压电阵列天线和场致发射设备。References1 Ng HT, Li J, Smith MK, Nguyen P, Cassell A, Han J, et al. Science 2003;300:1249.2 Guo L, Ji YL, Xu H, Simon P, Wu Z. J Am Chem Soc 2002;124:148645.3 Wang ZL, Song J. Science 2006;312:2424Yan H, He R, Pham J, Yang P. Adv Mater 2003;15:4025.5Wang X, Summers CJ, Wang ZL. Nano Lett 2004;4:4236.6Cheng C, Xu G, Zhang H, Luo Y, Li Y. Mater Lett 2008;62:37335.7Hamann TW, Martinson ABF, Elam JW, Pellin MJ, Hupp JT. Adv Mater2008;20:15604.8Xing GZ, Yi JB, Tao JG, Liu T, Wong LM, Zhang Z, et al. Adv Mater 2008;20:35217.9Xu C, Rho K, Chun J, Kim DE. Appl Phys Lett 2005;87 253104-1-3.Manzoor U, Kim DK. Scripta Mater 2006;54:80711.Polsongkrama D, Chamninok P, Pukird S, Chow L, Lupan O, Chai G, et al. Physica B2008;403:37137.Wang Z, Huang B, Liu X, Qin X, Zhang X, Wei J, et al. Mater Lett 2008;62:26379.Wang J, Sha J, Yang Q, Ma X, Zhnag H, Yu J, et al. Mater Lett 2005;59:27104.Vayssieres L. Adv Mater 2003;15:4646.Movahedi M, Kowsari E, Mahjoub AR, Yavari I. Mater Lett 2008;62:38568.Le HQ, Chua SJ, Koh YW, Loh KP, Fitzgerald EA. J Cryst Growth 2006;293:3642.Wang JX, Sun XW, Yang Y, Huang H, Lee YC, Tan OK, et al. Nanotech2006;17:49958.Romero R, Leinen D, Dalchiele EA, Ramos-Barrado JR, Martn F. Thin Solid Films2006;515:19429.Kajikawa Y. J Cryst Growth 2006;289:38794.Znaidi L, Soler Illia GJAA, Benyahia S, Sanchez C, Kanaev AV