锌浸出液水热法制备纳米ZnO

纳米ZnO是一种新型的高功能精细纳米材料,用途广泛,采用水热法制备的纳米ZnO颗粒纯度高、晶形好且操作简便;含锌二次资源的锌浸出液中杂质元素较多,对后期产品纯素的影响较大,其中除铜、镉较为关键。本文以含锌二次资源的锌浸出液为原料,采用锌粉置换除铜、镉,然后以净化后的硫酸锌溶液为锌源,分别采用氨水、碳酸钠、氢氧化钠作为沉淀剂通过水热法制备纳米ZnO,并考察不同工艺参数对纳米ZnO物相和形貌的影响,结果表明:在合适条件下,锌粉置换后浸出液中铜、镉离子浓度分别为0.039 9 mg·L^(-1)、6.416 2 mg·L^(-1),可用于制备纳米ZnO;采用氨水和碳酸钠作为沉淀剂制得的产物均为ZnO和其他晶体的混合物,属于非纯相的不规则晶体;采用氢氧化钠作为沉淀剂可制得纯相纳米ZnO,最佳制备条件为锌碱摩尔比1∶2、反应时间1 h、反应温度120℃,制得的纳米ZnO呈现棱柱结构,粒径在50~100 nm之间,颗粒尺寸分布均匀。

纳米氧化锌粒子薄膜的场效应载流子迁移率特性的研究

将纳米氧化锌粒子制备纳米膜,研究其场效应性能与载流子迁移性能。通过在有机溶剂介质中热分解油酸锌配合物,合成出尺寸均匀的六方相氧化锌纳米晶粒子。以沉积了铝钛氧化物层与铟锡氧化物层的玻璃为载体,通过旋涂工艺将纳米氧化锌粒子涂覆于其表面,制备出场效应薄膜晶体管。通过工艺优化,制成的半导体纳米氧化锌薄膜晶体管具有优异的可控结构及致密分布的氧化锌纳米晶体,表现出优异的场效应性能与载流子迁移性能。这种直接由氧化锌纳米晶制备的薄膜晶体管具有非毒性、好的透明性以及优越而稳定的场效应半导体器件性能。该技术可高效,便利且低成本大批量地制备氧化锌薄膜晶体管,便于后续在电子等领域的应用。

一步溶剂热法合成高催化性能的Gd^3+掺杂氧化锌纳米晶体

近年来,ZnO作为性能优异的光催化剂受到广大研究者的密切关注。它是一种宽带隙半导体,禁带宽度为3.37 eV,具有良好的稳定性。但也不可避免地存在一些不足,如光生电子空穴复合率太高、光能利用率太低等。为进一步提高ZnO的光催化降解活性,研究者们对其进行了一系列改性。其中,掺杂是一种行之有效的方法,它可以通过调控ZnO禁带宽度、晶体结构和缺陷利用,进而提高光催化性能。本工作采用具有特殊电子结构的稀土离子钆(Gd)作为掺杂剂,研究了其对ZnO晶体结构、形貌及光催化性能的影响。通过一步溶剂热法合成了纯氧化锌(ZnO)和不同Gd^3+掺杂浓度的ZnO纳米颗粒。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、比表面积分析、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、紫外-可见(UV-vis)吸收光谱和光致发光(PL)光谱等手段对所得样品进行了表征。光催化降解实验以20 mg/L罗丹明B为模拟污染物,在300 W氙灯光源下进行。同时也分析了Gd^3+掺杂氧化锌纳米颗粒的光催化机理。实验结果显示,稀土Gd掺杂后ZnO晶体结构没有发生改变,仍为六方纤锌矿结构。在Gd^3+浓度较低时,Gd^3+进入ZnO晶格,取代部分Zn 2+或进入间隙位置;但是当Gd^3+浓度达到3 mol%时,检测到了少量Gd 2O 3的衍射峰,可能的原因是两种离子的半径和化合价存在差异,ZnO晶格难以容纳较多的Gd^3+。同时,Gd离子掺杂引起ZnO衍射峰位置向低角度偏移,晶胞参数发生变化,这也进一步证实Gd^3+进入到了ZnO晶格中。观察样品的形貌发现,Gd离子掺杂对ZnO纳米颗粒的生长有较强的抑制作用,使得晶粒尺寸相比纯ZnO有较明显的减小,这主要是由于稀土离子掺杂后会在ZnO表面形成Re-O键,抑制ZnO的生长,通过XRD结果计算也可得出同样的晶粒尺寸变化趋势。比表面积测试发现掺杂Gd离子后ZnO的比表面积显著提高,暗示着更多的反应活性位点和更强的吸附污染物能力。UV-vis吸收谱中掺杂Gd离子后ZnO在紫外和可见光区域的吸收都明显增强,且吸收边出现红移,表明禁带宽度减小,在可见光区的吸收增强。另外,PL光谱测试表明掺杂Gd离子后ZnO光生电子空穴的复合率显著降低,意味着将有更多的光生电子、空穴参与到光催化降解反应中,从而使光催化活性提升。Gd^3+掺入ZnO基质将导致系统内产生更多数量的电荷载流子和缺陷,这些Gd^3+和缺陷会充当俘获中心抑制光生载流子的复合,增强光催化活性。但是,过量Gd^3+掺杂将产生过多的缺陷,反而会成为光诱导电子-空穴复合的中心,不利于光催化反应。罗丹明B降解实验进一步印证了Gd离子掺杂引起的ZnO光催化性能的明显提升,其中3 mol%Gd-ZnO的催化效果最佳,对应的罗丹明B降解率为70.9%(模拟太阳光照射120 min)。降解实验同时表明,对于ZnO而言Gd^3+的掺杂量并不是越大越好。适度提高Gd^3+的引入量(<3 mol%)会使表面势垒变高及空间电荷区变窄,因此可以有效地分离电子-空穴对。然而,当Gd^3+浓度增加到4 mol%时,空间电荷区变得非常狭窄,光可以完全穿越空间电荷层,使得电子-空穴对的重组变得更容易;同时过量的Gd^3+不能继续进入ZnO的晶格,而只能附着在晶体表面,影响光子对晶体的作用,最终的结果是ZnO光催化活性又出现降低。

氧化锌纳米晶体的光谱分析

采用沉淀法并通过控制前驱体的煅烧温度来制备粒径不同的氧化锌(ZnO)纳米晶体,对粒子的透射电镜照片进行分析,结果表明,制备出的纳米粒子分散性好、形貌一致、粒径分布集中。样品的X射线衍射光谱分析表明,随着前驱体煅烧温度增加,晶体粒径增大、结晶度提高;样品的紫外-可见吸收光谱的峰位随粒径减小而发生蓝移,这一实验结果表明ZnO纳米晶体呈现出较明显的量子限域效应;红外吸收光谱测量结果表明,用沉淀法制备的ZnO纳米晶体的表面会吸附一小部分残余的离子,对红外吸收光谱中的ZnO特征振动峰随粒径减小发生宽化和红移的现象进行了理论分析;光致发光光谱测量结果表明,ZnO纳米晶体在紫外区(360 nm)存在一较弱的发光峰,而在可见区(468 nm)存在一较强的发光峰,与理论计算结果进行比较后,认为锌空位点缺陷是导致ZnO纳米晶体可见区发光的主要原因。

氧化锌纳米线晶体管的电学特性研究

成功制作了氧化锌纳米线沟道场效应晶体管器件,所制作器件的电学性能通过I-V测试进行了分析。使用了水浴法生长了单晶性完整的氧化锌纳米线,该纳米线被用作背栅场效应晶体管的沟道,采用光刻方式制备的器件具有良好的直流特性,进行退火后进一步改善器件的源漏接触,提高器件性能,最终制备成功的场效应晶体管显示出p型MOS的特性,其开关态电流比达到105。在Vds=2.5 V时,跨导峰值为0.4μS,栅氧电容约为0.9 fF,器件夹断电压Vth为0.6 V,沟道迁移率约为87.1 cm2/V.s,计算得到氧化锌纳米线载流子浓度ne=6.8×108 cm-3。在Vgs=0 V时,器件沟道电阻率为100Ω.cm。

纳米氧化锌(ZnO)催化超声波降解酸性红B的研究

采用高温活化处理过的纳米氧化锌(ZnO)粉末为催化剂,研究了超声照射对酸性红B的降解.另外,还考查了超声照射时间,酸性红B初始浓度和纳米ZnO的添加量对酸性红B降解反应的影响.结果表明:在纳米ZnO作用下,酸性红B的超声降解效果明显优于单纯超声波照射降解.降解动力学符合一级反应.在超声波频率40 kHz,输出功率50 W,催化剂用量1.0 g/L,pH为7.0,温度25℃,酸性红B水溶液初始浓度10 mg/L的条件下,照射120 min左右时降解率即可达到86%以上.

微／纳米锌粉两步氧化法制备ZnO的机理研究

采用在乙醇溶剂中以H2O2预氧化微/纳米锌粉,再在较高温度下热氧化的方法制备了高质量的ZnO粉末。通过X射线衍射、场发射电子显微镜、热重-差示扫描量热等方法对制备产物进行了相关表征。根据PBR金属氧化理论和相关分析结果研究了微/纳米锌粉不同的氧化生长机制,并建立了微/纳米锌粉的晶体生长模型。

纳米氧化锌晶体生长宏观动力学研究

采用均匀沉淀法制备了纳米氧化锌晶体,考察了影响纳米氧化锌晶粒大小的因素及晶粒生长特性,利用晶体生长动力学理论得到纳米氧化锌晶体生长动力学方程,激活能E=27.87kJ/mol,指前因子A=6.31×106nm6.h-1,并对氧化锌晶粒生长机制进行了初步探讨。

锂掺杂氧化锌纳米颗粒晶体结构与光学特性分析

利用溶胶-凝胶法制备了Li_xZn_(1-x)O纳米颗粒,分析了锂掺杂对氧化锌纳米颗粒晶体结构与光学特性的影响。结果表明,锂掺杂会使氧化锌所受应力由压缩应力变为伸张应力,晶粒尺寸随锂掺杂量增加而减小,并且使氧化锌容易朝向(002)方向成长,造成结构系数TC(002)增大。光致发光光谱观测揭示锂掺杂能促使氧空位相关缺陷增多,同时也使得近能带发光强度增强。拉曼光谱显示多声子模态随锂掺杂量增加而减弱,且掺杂量为0.10(物质的量分数)时多声子模态信号最小,而掺杂量为0.15(物质的量分数)时多声子模态信号再度增强。多声子模态信号与非辐射复合相关,多声子模态信号越弱表示非辐射复合缺陷越少,故造成光致发光光谱的NBE峰强度增强。

热氧化硫化锌薄膜制备高质量纳米ZnO薄膜的表征

本文报道了利用低压-金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)技术生长ZnS薄膜,然后,将ZnS薄膜在氧气中于不同温度下进行热氧化制备高质量的纳米ZnO薄膜.采用有效的手段对样品的质量表征:X-射线衍射(XRD)结果表明,纳米ZnO薄膜具有六角纤锌矿多晶结构.喇曼光谱观测到典型的多声子共振过程.在光致发光(PL)光谱中,自由激子(FE)和束缚激子(BE)发射都很明显.低温下,束缚激子(BE)复合发射占主要地位,而自由激子(FE)复合发射也容易观察到.这些结果都说明我们制备的样品是高质量的.

水热法和沉淀法从氧化锌矿制备纳米ZnO的研究

本文研究了从氧化锌矿制备纳米ZnO的方法及工艺条件,并利用XRD、SEM等方法分析表征样品。采用水热法处理模拟氧化锌矿浸出液制备了ZnO粉,随着碱含量的增加,氧化锌由长条状转变为短柱状,且有部分呈团簇状结合体存在。但是在处理实际浸出液时,由于硅酸根离子较氢氧根离子更易于与锌离子结合成为晶体生长基元,产物主要为硅酸锌。通过控制溶液的pH≈6,以及沉淀物的煅烧温度(500℃)和时间(6h),采用沉淀法获得了结晶性能良好的纳米ZnO颗粒。

化学溶液沉积法制备单分散氧化锌纳米棒阵列

在由溶胶凝胶法制备的纳米ZnO薄膜基底上,采用化学溶液沉积法制备了单分散、高度取向的ZnO纳米棒阵列膜.通过控制纳米ZnO薄膜的制备工艺,可以调节氧化锌纳米棒的直径.利用FESEM,TEM,HRTEM,SAED和XRD表征了氧化锌纳米棒阵列的形貌和晶体结构.ZnO纳米棒的室温PL谱具有很高的紫外带边发射峰,在可见光波段无发射峰,表明该方法制备的ZnO纳米棒晶体结构完整,晶体中O空位的浓度很低.

纳米氧化锌/PP复合材料抗菌性能的研究

研究了PP/纳米ZnO复合材料抗菌性能 ,同时研究了光照时间和偶联剂对抗菌性能的影响。结果表明 :在光照的条件下 ,具有较好的抗菌性能 ,偶联剂的加入会提高复合材料的抗菌性能。

纳米氧化锌对湿地植物种子萌发的影响

为了分析纳米氧化锌(ZnO NPs)对湿地植物的影响,探究了不同浓度ZnO NPs对黑麦草、水葱、花叶芦竹种子萌发的影响.实验结果表明,当ZnO NPs浓度为0.1,1.0 mg/L时,黑麦草、水葱、花叶芦竹的发芽率与对照组无显著差异;当ZnO NPs浓度达到10.0,100.0 mg/L时,水葱的种子发芽率显著低于对照组.当ZnO NPs浓度为100.0 mg/L时,黑麦草、水葱、花叶芦竹种子发芽率相对于对照组分别减少了6.38%,44.71%,1.41%.在不同ZnO NPs浓度下,花叶芦竹种子萌发均与对照组无差异,但ZnO NPs对花叶芦竹种子萌发后幼苗根茎长度产生一定的影响,ZnO NPs浓度为0.1 mg/L时会促进花叶芦竹幼苗根茎的生长,而浓度为100.0 mg/L时会抑制花叶芦竹根茎的生长.可见,不同种类的湿地植物对ZnO NPs的响应不同.

氧化锌纳米带的低温无催化热蒸发制备及其表征

通过纯锌粉蒸发,在600℃无催化条件下成功制备了高质量的不同形貌的ZnO纳米带.该制备方法中控制产物形貌和尺寸的关键是氧、氩及锌蒸气的流速及分压.扫描电镜及高分辩透射电镜观察显示,氧化锌纳米带具有规整光滑及齿状等不同形貌,且皆为单晶,其生长由固-气机理控制.室温光致发光谱表明,齿状氧化锌纳米带在390nm附近形成紫外发射峰;在455～495nm时,形成绿光发射峰,该处由4个次级发射峰组成.

电合成系列锌配合物及纳米ZnO的制备

采用锌金属为“牺牲”阳极 ,首次在无隔膜电解槽中 ,电化学一步法制备了纳米ZnO前驱体锌配合物Zn(OEt) 2 ,Zn(OBu) 2 ,Zn(acac) 2 ,Zn(OEt) 2 (acac) 2 ,Zn(OBu) 2 (acac) 2 (acac为乙酰丙酮基 ) ,产物通过红外光谱 (FT IR)、拉曼光谱和核磁共振进行表征 .同时采用含Zn(OEt) 2 (acac) 2 的电解液直接水解制备纳米ZnO粉体 ,纳米ZnO通过拉曼光谱、X射线粉末衍射 (XRD)和透射电子显微镜 (TEM)进行表征 .实验表明电解时防止阳极钝化 ,控制温度在 5 0～ 6 0℃之间 ,采用有机胺溴化物为导电盐 ,可以提高电合成效率 ;电解合成Zn(acac) 2 ,Zn(OEt) 2 (acac) 2 ,Zn(OBu) 2 (acac) 2 的电流效率比Zn(OEt) 2 ,Zn(OBu) 2 高 ,其中Zn(OEt) 2 (acac) 2 适宜作为溶胶 -凝胶法制备纳米ZnO的原料 ,制备得到的纳米ZnO经 6 0 0℃煅烧后呈球形单分散结构 ,平均粒径在 5～ 10nm左右 .

氧化锌纳米晶取向连生

本文以硝酸锌、尿素为原材料，用均匀沉淀法制备了取向连生的氧化锌纳米晶粒。从结晶化学角度提出了晶粒的生长基元和取向连生机理，认为氧化锌晶粒取向是沿着晶轴ｃ 方向易于晶粒连生，它是由正、负六方锥面ｐ｛１０ １１｝ ，ｐ｛１０ １ １｝ 面相互联结为主，其次为正、负极面ｃ（０００１） 与－ ｃ（０００ １） 。

一种在固体基底上制备高度取向氧化锌纳米棒的新方法

采用廉价、低温的方法 ,在修饰过ZnO纳米粒子膜的ITO基底上成功制备出具有高长径比、高度取向的ZnO纳米棒阵列 .用扫描电子显微镜 (SEM) ,X射线衍射 (XRD) ,高分辨透射电子显微镜 (HRTEM)以及拉曼光谱对制备出的ZnO纳米棒的结构和形貌进行了表征 .测试结果表明 ,ZnO纳米棒是单晶 ,属于六方晶系 ,与基底垂直 ,具有沿 (0 0 1)晶面择优生长的特征 ,并且ZnO纳米棒基本上无氧空位的存在 .统计结果显示 ,水热反应 2h后 90 %以上的ZnO纳米棒直径为 12 0～ 190nm ,长度为 4μm .

氧化锌晶体的研究进展

基于ZnO的紫外激光器的实现掀起了对于传统的纤锌矿结构的半导体ZnO材料的新的研究热潮。ZnO以其优良的综合性能将成为下一代光电子材料,因此对ZnO单晶的研究有重要的理论和实践意义。目前生长ZnO的方法有助熔剂法、水热法、气相法和坩埚下降法等等,但所生长的ZnO单晶的尺寸和质量都有待于提高。

类单晶氧化锌纳米棒的制备与表征

用简单的无催化剂、高温热蒸发方法制备氧化锌纳米棒 ,得到了具有良好晶体结构和规则外形的ZnO纳米棒 ,长度为 (1- 5 ) μm ,直径约几十纳米。测量了ZnO纳米棒的光致发光特性。讨论了实验条件对纳米棒生长结果的影响 。