微波水热合成ZnO纳米晶探究进展

1、微波水热合成zno纳米晶探究进展摘要：以介电加热的概念为基础，介绍了微波水 热法的机理，综述了微波水热条件对zno纳米晶合成的影响, 并对其生长机理进行了探讨，最后展望了发展方向。关键词：微波水热法zno纳米晶合成条件氧化锌（zno）是一种重要的宽禁带半导体功能材料， 室温下能带带隙为3. 37ev,激子束缚能高达60mev,远高于 其它宽禁带半导体材料（如：gan为25mev, znse为22mev） 激子束缚能，是室温热能的2. 3倍（26mev）,因此成为半导 体、光电应用等领域新的研究热点，备受关注。传统的zno合成方法加热（如水浴等）时间长，晶核 不可能一下形成，容易形成多次成核，影

2、响了粒子尺寸的均 匀性。目前，只有微波能在很短的时间内均匀加热，大大消 除了温度梯度，使沉淀相瞬间成核，解决了盐类水解的关键: 使沉淀相的核在瞬间萌发出来，让所有的核尽可能同步生长 成一定形状和尺寸的粒子1。实验己证实，微波辐射能加 快盐类的水解且其尺寸、均匀性等均优于常规水浴加热制备 的粉体2。一、微波加热原理微波加热，是指在工作频率范围内对物体进行的加热。 它不同于一般的常规加热方式，后者是由热源通过热辐射由 表及里的传导式加热。微波加热是材料在电磁场中由介质损 耗而引起的体加热。对物质的加热过程与物质内部分子的极 化有密切的关系。当对某一样品施加微波时，在电磁场的作用下，样品内 微观粒子

3、产生四种类型的介电极化，即电子极化、原子极化、 取向极化（分子永久偶极的重新取向）和空间电荷极化（自 由电荷的重新排布）。由于前两种极化的施豫时间远小于微 波交变电场的振动周期，微波场不会引起前两种的极化3。 而后两种极化时间刚好与微波的频率吻合，故可产生介电加 热，即通过微观粒子这两种极化过程，将微波能转变为热能。二、微波水热制备zno粉体的主要影响因素1. 反应温度对zno纳米晶生长的影响在研究微波水热温度对合成zno粉体的影响过程中，出 现了三种不同结论：江锦春等4研究表明：随着温度的升 高温制得的氧化锌微晶的晶粒粒度减小；夏昌奎等5实验 表明：水热温度是溶液中zno的晶化和形貌演化过程

4、中的一 个关键性因素。随着水热温度的升高，zno纳米晶的形貌经 历一个逐渐演变的过程随着温度增高，其形貌依次经历：树 枝状形貌，短棒状形貌，长棒状微观结构，其粒度不断增大; 朱振峰等6研究表明：随着温度升高，氢氧化锌前驱沉淀 逐渐减小，棒状氧化锌逐渐增加，当温度过高时，晶体出现 过烧，自组装微球被破坏。对比三者的合成工艺，不难发现，其温度，浓度，时间 等差异较大，根据晶粒均相成核理论，对于溶液中的晶粒生 长，单位体积单位时间内形成的晶核数，即成核速率与成核 时的温度和反应物浓度有关；晶体生长过程与生长时间和温 度有关。因此，三者虽然结论不同，但并不冲突。2. 反应时间对zno纳米晶生长的影响在研究微波水热时间对合成zno粉体的影响过程中，江 锦春等4和朱振峰等6研究表明：延长反应时间也不能充 分地增进氧化锌晶体的生长。这是因为在微波条件下，由于 微波能使整个体系在很短的时间内被均匀加热，消除了温度 梯度的影响，可以使沉淀粒子在瞬间萌发成核，从而获得均 一粒子，在反应时间上也大大缩短，因此，延长时间并不能 增进晶体生长。3. ph值对zno纳米晶生长的影响江锦春等4研究发现氧化锌的结晶性