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微波合成zno納米材料的研究進展-文庫吧

2026-05-30 18:10 本頁面

【正文】而高功率加熱方式下隨著時間的延長納米線停止生長，即生長達到了飽和狀態，并且所加功率越大，納米線越早停止生長。這主要是因為隨著功率的增加，異相成核和均相成核速率都增加，異相成核速率變大使納米線生長速度變大，而均相成核速率變大使生成ZnO納米線的前驅材料消耗速度增大，所以隨著功率的增高納米線過早的停止生長達到飽和狀態。根據圖12(b)可知，隨著功率的增加，ZnO納米線的生長速度增大，并且隨著時間的延長可繼續生長。這主要是因為本實驗中所添加的氨水和聚乙烯亞胺可大大抑制均相成核反應，減少了前驅材料的損耗。為了更好的體現本實驗方法的優點，把圖12(a)和(b)的實驗結果匯總在圖12(c)中，可見，超快合成法相對于其他方法有著較高的生長速度，在微波加熱功率為180、450和850W時，平均生長速度分別高達375和200nmmin?1，遠高于常見水熱生長方法的生長速率。圖12 不更換母液時不同水熱合成法下納米線的平均生長長度：(a)擇優生長法和快速微波輔助合成法；(b)超快合成法；(c)以上方法的對比關系。經實驗研究發現。當低于此值時，使均相成核速率增大，導致納米線的生長速率減慢；當高于此值時，會降低納米線的生長速度，甚至使納米線停止生長，這主要是由于添加較多氨水過飽和造成的。從圖13可見，隨著微波功率的增加，納米線的生長速率和長徑比都增大，并且增加微波功率可增長納米線陣列的長度，縮短生長過程的時間。掃描電鏡的頂視圖表明納米線陣列頂端沒有ZnO納米顆粒，說明該反應過程中均相成核反應幾乎不存在。圖13 使用超快合成法在不更換母液不同功率下所能生長最長ZnO納米線的SEM圖：(a),(d)180 W 80min； (b),(e)450 W 50min；(c),(f)850 W 30min。比例尺為200nm。根據圖14的XRD圖譜可以看出，ZnO納米線是很純的纖鋅礦六方晶系單物相，納米線陣列排列整齊，垂直于(002)晶面生長。圖14 超快合成法制備的一種納米線陣列的XRD衍射圖最后用合成的不同長度的ZnO納米線陣列做成了染料敏化太陽能電池以檢測其應用效果，實驗發現隨著納米線陣列長度的增加，太陽能電池性能提升。由于微波輔助超快合成ZnO納米線陣列的方法可大規模制備ZnO納米線，降低生產成本，這為未來ZnO納米線在半導體器件中的應用提供了美好前景。2 微波輔助合成ZnO空心球以往文獻中報道的有機添加劑輔助合成法、無模板水熱法、無模板溶劑熱法已經頻繁應用于ZnO空心球的合成，并且無論是使用硬模板或者軟模板都能夠十分有效地可控的合成ZnO空心球。然而，以上大部分方法存在著合成過程中耗時的問題。雖然近來報道超聲輻射30分鐘即可快速合成ZnO空心球，然而此方法中使用的二甲亞砜有機溶劑有毒性，很大程度上限制了其應用。因此，尋找出一種快速環保合成ZnO空心球的方法極其重要。鑒于微波加熱在無機納米材料合成中的廣泛應用，Xiaowei Zhao等[2]以乙醇為溶劑采用微波輔助溶劑熱法一步巧妙快速合成了層次結構的ZnO空心球，發現可通過選擇合適的溶劑改變生成ZnO空心球的形貌。并通過對形成過程中時間因素的研究，提出了ZnO空心球是由ZnO納米顆粒在乙酸乙酯氣泡模板上自組裝形成的反應機理。制備的ZnO空心球由于粒徑分布均勻、形貌規則、有著大的表面積，對水溶液中的重金屬離子Cr4+有著優異的吸附能力。取50 mg醋酸鋅Zn(OAc)22H2O 溶解于15ml的乙醇中，然后把溶液密封于特殊的聚四氟乙烯襯里的容器中。在200℃下，微波加熱30min后，把容器冷卻至室溫。在微波加熱過程中，攪拌槳一直攪拌反應溶液確保在均質條件下反應。打開容器，具有芳香味的上清液倒出，下面的沉淀物通過離心分離收集，然后用去離子水和乙醇進行清洗。并且使用水和苯甲醇作為溶劑，做了對比實驗。此外，用傳統加熱方式進行溶劑熱法合成需要更長的時間。對所得產物進行表征分析。圖21(a)顯示的是微波加熱30min所得ZnO產物的低倍

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