1. 研究目的与意义
氧化锌是一种宽带隙半导体材料,不仅具有良好的机电耦合性能、稳定性及抗辐射能力,还具有优良的光电性能,在光电子领域具有重要应用[1]。
ZnO纳米线与碳纳米管,硅纳米线被认为是21世纪主要的纳米材料,在光学、光电学、能源、传感器、生物医学等众多领域中有着重要的应用[2]。柔性器件因为独特的柔韧性、便携性,突破了传统器件的应用,被公认为最具有发展前景的下一代器件技[3]。纳米ZnO作为一种新型的半导体材料,与普通的氧化锌相比,具有许多特殊的性质,如无毒性和非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力,因此在很多领域有极为广泛的应用前景[4]。由于其具有量子尺寸效应、小尺寸效应和大比表面积,纳米ZnO表现出与体材料与众不同的特殊性质,更是具有很多奇特的性能[5]。
当前科学家对纳米氧化锌的研究主要包括制备、微观结构、宏观物性和应用等四个方面。其中制备技术是关键,因为制备工艺过程与控制对其微观结构和宏观物性具有重要的影响[6]。纳米ZnO具有独特的光学、电学和化学等性能,在催化、气敏传感、光电器件等领域具有广阔的应用前景[7]。纳米线、纳米管、纳米棒、纳米片、纳米阵列、纳米花等形貌各异的ZnO纳米材料,由于纳米效应,它们的结构和性能与块状材料显著不同,从而体现出特殊的应用潜力,特别是近年在场效应晶体管、肖特基二极管、紫外光探测器、气敏传感器、纳米发电机等领域中的器件应用,引起人们极大的研究兴趣[8]。
2. 研究内容与预期目标
首先介绍氧化锌的结构及其理化性质,对比氧化锌的一些常用方法,讨论各自的优缺点,并根据氧化锌所具有的性质,介绍氧化锌的几个方面应用。最后介绍如何在柔性衬底上生长氧化锌纳米线,对其吸光性这一性质进行研究[12]。然而,受柔性塑料衬底耐高温、酸碱性差的缺点限制,其他在刚性导电基底上制备氧化锌纳米线的常规方法,如气相沉积法、气液固相生长法等无法直接用在柔性衬底上。
如何合理控制材料的定向生长,从而实现对其合理调控是纳米科技领域的一个关键问题。结合实验室在纳米材料合成领域的基础,探索一种简便,利于工业化的制备氧化锌纳米线的方法,期望得到一种能在各种柔性衬底上制备氧化锌纳米线阵列的方法,通过研究不同配体在氧化锌纳米线阵列制备中的作用,从而促进氧化锌纳米线阵列在纳米柔性器件中的应用和发展。
目前制备纳米ZnO方法有很多,其中水热法制备因纯度高、形状和大小都可控和结晶性好而被研究者所采纳。所谓水热法是指在特制的密闭反应器中以水溶液为反应体系,通过对反应体系的加热,在反应体系中产生高温高压的环境来进行无机合成与材料制备的方法。
3. 研究方法与步骤
本文是基于水热法对于ZnO纳米线合成的研究,这种水热法制备ZnO纳米线阵列是在温度较低的情况下采用较为简单并且污染小以及多方面优点所达到的一种方法。其次通过控制反应参数,例如,前驱体溶度、反应时间和反应温度,进而控制形貌和性能。
第一步:将柔性ITO/PET裁剪成22cmsup2;的方形基底,然后放入去离子水里,分别进行超声波清洗5分钟。
第二步:清洗完成后,取出基底并用去离子水冲洗干净,然后用气枪吹干。我们使用磁控溅射设备在ITO/PET基底上沉积一层厚度为50cm的ZnO薄膜,做为生长ZnO纳米线阵列的种子层。
4. 参考文献
(1)魏邵东.纳米氧化锌的现状与发展.化工设计通讯,2006,32(4):45-52.
(2)李晓娥,樊安祖庸.纳米级氧化锌的研究进展.现代化工,2000,20(7):23-26.
(3)王久亮,刘宽,秦秀娟,纳米氧化锌的应用研究展望.哈尔滨工业大学学报,2004,36(2):226~230
5. 工作计划
(1)2022.2.25-2022.3.15文献调研,完成开题报告,完成外文资料的翻译
(2)2022.3.16-2022.4.15实验系统研究水热法生长ZnO纳米线的影响因素
(3)2022.4.16-2022.4.30总结并整理实验数据,进行优化实验
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