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纳米材料近年来已成为当今许多学科研究的热点,纳米材料在结构、光电、化学性质等方面的诱人特征,正引起材料科学家的浓厚兴趣。纳米材料的发展对于人们进一步认识固体材料的本质结构、性能具有十分重要的价值,科学家们把这种材料誉为“21世纪最有前途的材料”。
纳米ZnO由于其尺寸介于原子簇和宏观微粒之间,具有纳米材料的体积效应、表面效应、宏观量子隧道效应等许多宏观材料所不具有的特殊性质,使其在光吸收、敏感、催化及其他功能特性等方面展示出引人注目的应用前景。各种方法被用来合成纳米ZnO,形貌各异的ZnO结构如雨后春笋问世于实验室。尺寸与形貌决定了纳米材料的应用前景。因此,科研作者孜孜以求寻找最简单的实验方法,合成结构新颖的小尺寸纳米ZnO材料,不断开拓纳米ZnO的应用前景。本文以六亚甲基四胺与水合硝酸锌盐为反应物来合成纳米ZnO,使用表面活性剂来控制纳米ZnO的尺寸与形貌。实验结果如下:
1)在四种表面活性剂PAM-10000、PAM-CTAC、PAM-LC、PAM-1500作用下,部获得了螺母状或类螺母状纳米ZnO结构。分别讨论了不同表面活性剂作用下,影响这种新颖结构形成的因素。在反应时间、反应温度、反应物浓度、表面活性剂浓度、磁力搅拌等影响因素中,表面活性剂是一个最关键因素。表面活性剂存在于否决定螺母状或类螺母状纳米ZnO是否形成。另外,磁力搅拌也是一个决定因素,只有在不搅拌的情况下,才形成这种新颖的纳米ZnO结构。
2)在四种表面活剂作用下,螺母状或类螺母状纳米ZnO的形成时间有较大的差异。其中PAM-CTAC所需时间最短,只需反应2.5个小时,螺母状纳米ZnO产率就达到最大值,并且颗粒尺寸最小。相同条件下,所需时间最长的是PAM-LC,反应时间为10小时,才有少量的螺母状结构出现。
3)PAM-1500作用下,ZnO结构为类螺母状,与其他三种表面活性剂作用下ZnO的形貌稍有不同。不但如此,PAM-1500作用下,这种类螺母结构的形成受环境因素影响较大。环境温度低于18℃时,表面活性剂浓度增到3g/l,仍有少量类螺母状纳米ZnO存在。环境温度升高后,反应条件不变,但无法获得这种新颖结构。产生这种原因可能与PAM-1500在不同环境温度下对ZnO形貌的控制能力不同有关。
4)尽管这四种表面活性剂作用下,纳米ZnO的形貌相同或相类,但研究反应过程发现,它们的形成机理有一定的差别。但由于没有确切的证据,本文只能给出螺母状或类螺母状纳米ZnO可能的形成机理。
5)荧光光谱显示,这种螺母状纳米ZnO结构的本征发射峰发生红移到可见光区。另外在黄绿光区存在较强的发射峰。