模板滲透法制備氧化鋅納米管陣列

1、模板滲透法制備氧化鋅納米管陣列 3陳茂彬 , 彭 智 , 宋國(guó)君 , 姜 寧 , 邵增軍 , 沈 麗 (青島大學(xué) 化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院 , 山東 青島 266071摘 要 : 采用溶膠 2凝膠法 , 以醋酸鋅和氫氧化鋰為 主要原料制備了納米氧化鋅溶膠 ; 再以其為構(gòu)造單元 在陽極氧化鋁模板 (AAO 中通過減壓滲透法制備了 氧化鋅 納 米 管 陣 列 。同 時(shí) 利 用 透 射 電 子 顯 微 鏡 (TEM 、 掃描電子顯微鏡 (SEM 、 X 射線衍射 (XRD 和能譜 (EDS 對(duì)所得的氧化鋅納米顆粒 、 納米管進(jìn)行 了分析 。 結(jié)果表明 , 所得的氧化鋅納米顆粒 ,5nm , 分布較窄 ,

2、;鋅納米管 , 陣列結(jié)構(gòu)規(guī)整 , ,50nm ,關(guān)鍵詞 : ; ; ; 陣列中圖分類號(hào) : 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A文章編號(hào) :100129731(2008 04205782021 引 言氧化鋅作為一種寬帶隙 (E g 3. 4eV 、 高激子束 縛能 (約 60meV 的半導(dǎo)體氧化物 , 具有極好的熱穩(wěn)定 性 , 已成為最重要的功能性材料 。納米氧化鋅特有的 近紫外發(fā)射 、 光學(xué)透明 、 半導(dǎo)體性能和壓電效應(yīng) , 使其 在紫外激光器 、 光波導(dǎo)器件 、 發(fā)光元件 、 表面聲波元件 、 太陽能電池窗口材料 、 壓敏電阻及氣體傳感器等方面 有著廣泛的用途 ; 另外 , 由于氧化鋅是一種環(huán)境友好材 料 ,

3、 氧化鋅納米材料將在未來光催化降解有害有機(jī)污 染物方面發(fā)揮重要作用 。目前 , 對(duì)其一維納米材料制 備方法的研究已成為熱點(diǎn) , 而且已有多種制備方法被 報(bào)道 , 控制晶體生長(zhǎng)法 13、 熱分解法 4、 薄層 卷曲 法 5、 氣相沉積法 6、 模板法 7等 。 B. I. Seo 等人是將 氧化鋅前驅(qū)體分散在聚丙交酯中 , 通過浸潤(rùn)法沉積到 陽極氧化鋁模板中 , 經(jīng)熱處理制備了氧化鋅納米管 7。 2005年 , 以色列 Weizmann 研究院的科學(xué)家將金和鈀 納米顆粒 (平均直徑 (14±2 nm 減壓沉積到陽極氧化 鋁模板內(nèi)壁上 , 通過納米顆粒間的聯(lián)結(jié)制備了金和鈀 納米顆粒納米管

4、 8。 同年 , Y ong Wang 等人通過相同 的方法由二氧化錫納米顆粒 (顆粒直徑 1015nm 制 備了二氧化錫的納米管 9。 通過該方法對(duì)氧化鋅納米 管的制備還未見報(bào)道 , 本文采用減壓模板法以氧化鋅 納米顆粒 (顆粒直徑 25nm 為構(gòu)造單元對(duì)氧化鋅納 米管陣列的制備進(jìn)行了研究 , 并對(duì)其形貌和結(jié)構(gòu)作了 表征 。 2 實(shí) 驗(yàn)2. 1 試劑和儀器2. 1. 1(Ac 22 (LiO H 2(無水乙醇 , 均為分析純?cè)?儀器J SM 26390LV 型掃描電子顯 微鏡 ; J EM 22000EX 透射電子顯微鏡 ; X 射線衍射儀 ; X 射線能譜儀 。 2. 2 ZnO 納米顆粒

5、膠體溶液的制備氧化鋅納米顆粒膠體溶液采用 Eric A. Meulen 2 kamp 提出的方法 10進(jìn)行制備 。將 1. 10g 的 Zn (Ac 2 2H 2O 溶解于 50ml 沸騰的乙醇中 , 溶液直接冷卻至 0 , 得到溶液 a (在近室溫有白色沉淀析出 。室溫下 將 0. 29g 的 LiO H H 2O 在超聲浴中溶于 50ml 乙醇 中 , 并冷卻至 0 , 得到溶液 b 。 0 下將溶液 b 緩慢地 加入溶液 a 中 , 并不斷攪拌 , 在大約 1/3的 LiO H H 2O 溶液加入時(shí) , 反應(yīng)體系變澄清 ,1. 5h 左右滴完 , 撤 去冰浴 , 繼續(xù)攪拌 , 可得納米

6、ZnO 溶膠 。2. 3 ZnO 納米管陣列的制備將陽極氧化鋁模板 (AAO 放在濾紙上 , 減壓使 ZnO 納米顆粒膠體溶液透過模板 , 模板上表面用擦鏡 紙擦拭 , 重復(fù)以上步驟使 2ml 膠體溶液透過模板 , 以獲 得厚的管壁 , 將模板置于空氣中晾干 , 然后在 700 下 煅燒 3h , 用 NaO H 溶液 (6mol/L 溶解模板 30min , 最 終得到 ZnO 納米管陣列 。 制備流程圖如圖 1所示 。 3 結(jié)果與討論3. 1 ZnO 膠粒的形貌表征和晶型分析圖 2(a 是采用溶膠 2凝膠法制備的 ZnO 納米顆粒 分散在乙醇中的透射電鏡圖片 , (b 是 ZnO 納米顆粒

7、 膠體經(jīng)真空干燥和熱處理后的 X 射線衍射分析圖 。 如圖 2(a 所示 , ZnO 納米顆粒的形貌呈球形 , 粒 度分布較為均勻 , 顆粒直徑為 25nm , 無團(tuán)聚現(xiàn)象 。 與其它方法 11制備的 ZnO 納米顆粒 (3060nm 相 比 , 所得納米顆粒粒徑更小 , 分布更窄 , 而且無需添加 其它的分散劑來阻止納米顆粒的團(tuán)聚 , 長(zhǎng)期放置也未 出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象 。 由于所用陽極氧化鋁模板的孔徑約為3基金項(xiàng)目 :國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 (50473012收到初稿日期 :2007208224收到修改稿日期 :2007211227通訊作者 :彭 智 作者簡(jiǎn)介 :陳茂彬 (1982- , 男 ,

8、 山東萊蕪人 , 在讀碩士 , 師承彭智教授 , 從事納米材料的研究 。200nm , 所以納米顆粒粒徑越小越有利于其透過模板。 圖 1 ZnO 納米管的制備流程示意圖Fig 1Schematic diagram of t he p of 圖 2 納米 ZnO 溶膠的 TEM 圖和 ZnO 納米顆粒的XRD 圖Fig 2TEM image of ZnO nanoparticles and powderX 2ray diff raction patterns of ZnO nanoparticles2ZnO 的 , 下 , 真空干燥 5h 后 , 所得樣 ZnO , 這也證明了構(gòu)造納米管的基本

9、ZnO 納米顆粒 ; 經(jīng) 700 煅燒 3h 后 , 樣品變?yōu)?非常純的纖鋅礦型六方晶系 ZnO , 這間接證明了制備 的 ZnO 納米管是屬于纖鋅礦型六方晶系的 。 3. 2 ZnO 納米管陣列形貌分析圖 3是模板溶解后得到的 ZnO 納米管陣列的掃 描電鏡圖片和 X 衍射能譜分析 。如圖 3(a 所示 , 用 NaO H 溶 液 (6mol/L 溶 解 AAO 模板 30min 后 , 產(chǎn)物呈現(xiàn)一維中空管狀陣列結(jié) 構(gòu) , 外徑為 300nm 左右 , 壁厚為 50nm 左右 。 納米管的 長(zhǎng)度不是很一致 , 原因有兩個(gè) :一是納米顆粒透過模板 時(shí)的不均勻吸附造成的 ; 另一個(gè)是模板溶解時(shí)有

10、少量 的 ZnO 被溶解掉了 。 由圖 3(b 中可以觀察到更加清 晰的管口 , 而且陣列結(jié)構(gòu)非常整齊 , 至于納米管呈現(xiàn)出 階梯狀 , 可能是由于模板的不整齊斷裂造成的 。 由圖 3(c 中可以看到鋅和氧元素的存在 , 說明所 得納米管陣列的成分是氧化鋅 ; 圖中有一個(gè)鋁元素的 峰 , 這可能是由于模板的不完全溶解所致 。 圖 3 ZnO 納米管陣列的 SEM 圖和 EDS 圖Fig 3SEM images and EDS spect ra of t he ZnO nanot ubes arrays4 結(jié) 論采用溶膠 2凝膠法 , 以醋酸鋅和氫氧化鋰為主要原 料制備了顆粒直徑在 25nm 之

11、間 , 分散良好的納米 氧化鋅溶膠 ; 再以其為構(gòu)造單元通過減壓透過陽極氧 化鋁模板 (AAO 的方法制備了外徑為 300nm 左右 , 壁厚為 50nm 左右的氧化鋅納米管陣列 。由此可見 , 通過減壓透過模板的方法可以由零維納米材料制備一維納米材料 , 為制備其它材料的一維納米材料提供了一種新的簡(jiǎn)便的方法 。所制備的氧化鋅納米管陣列 , 很 有希望應(yīng)用在太陽能電池 12、 納米光電器件和催化劑 方面 。 (下轉(zhuǎn)第 583頁 參考文獻(xiàn) :1 Thomas I M. J.Appl Opt , 1986, 25(9 :148121483. 2 Floch H G , Belleville P F

12、 , Pegon P M ,et al. J.J Am Ceram Soc Bull , 1995, 74(11 :84289.3 Sermon P A , Vong M S W , Bazin N , et al. J .Proc SPIE , 1995, 2633:4642474.4 張偉清 , 朱從善 , 章泉興 , 等 . J.中國(guó)激光 A ,1993,20 (12 :9162920.5 P égon P M , G ermain C V , Rorato Y R ,et al. J.Proc SPIE , 2004, 5250:1702181.6 Belleville P

13、F , Floch H G. J.Proc SPIE , 1994,2288:25232.7 Thomas I M , Burnham A K , Ertel J R ,et al. J.Proc SPIE , 1998,3492:2202229.8 Thomas I M. J.Appl Opt , 1992, 28(28 :614526149. 9 Marshall K L , Schmid A W , Smith D J ,et al. J.J Appl Phys , 1988, 64(5 :227922285.10 Zhang Weiqing , Tang Y ongxing , Liu

14、 Xiaolin ,et al. J. Proc SPIE ,1997,3175:94297.11 Xu Yao , Wu Dong , Sun Yuhan , et al. J.J Non 2cryst Solids , 2005, 351:2582266.12 Floch H G , Belleville P SPIE ,1992,1758: 1352149.E ffect of methyl 2f unctioned onporous silicaJ IA 2, 2(1. School of , , Xi an 710071, China ;2. Shanghai Institute o

15、f , The Chinese Academy of Science ,Shanghai 201800, China Abstract :antireflective coatings were prepared f rom t he silica suspension wit h int met hylt riet hoxysilane (M TES , t he prepolymer of dimet hyldiet hoxysilane (DMD ES , and hyldisizane (HMDS as mono 2, di 2and t ri 2met hyl modifiers r

16、espectively. Optical sta 2 bility and laser resistance are investigated in detail , as well as abrasive 2resistance. It is showed t hat HMDS 2modified silica coatings posses better optical stability and poorer abrasive 2resistance t han mono 2, di 2 met hyl modified coatings. The properties of t he

17、later two modified coatings are proved to be related to t heir con 2 tent. In comparison wit h unmodified silica coatings , laser damage resistance of met hyl 2modified coatings tend to low.K ey w ords :methyl 2f unctioned;optical stability;silica antireflective coatings;modif ied(上接第 579頁 參考文獻(xiàn) :1 Y

18、u Haidong , Zhang Zhongping , Han Mingyong , et al. J.J Am Chem Soc , 2005, (127 :237822379.2 Vayssieres L , Keis K , Hagfeldt A ,et al. J.Chem Ma 2 ter , 2001, 12(13 :439524398.3 Yu Ligang ,Zhang Gengmin ,Li Shiqi , et al. J.Journal of Crystal Growth , 2007, (299 :1842188.4 李大枝 , 孫思修 , 張衛(wèi)民 , 等 . J.

19、無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào) , 2005, 21(l1 :177221774.5 Yang Anli , Cui Zuolin. J.Materials Letters , 2006, (60 :240322405.6 J eong J S , Lee J Y , Cho J H ,et al. J.J Chem Mater ,2005, (17 :275222756.7 Seo B I , Shaislamov U A , Ha M H ,et al. J.Physica E , 2007, (37 :2412244.8 Sehayek T ,Lahav M , Popovitz 2Biro R ,et

20、al. J.Chem Mater , 2005, (17 :374323748.9 Wang Y ong , Lee J Y , Zeng H C. J.Chem Mater , 2005, (17 :389923903.10 Meulenkamp E A. J.J Phys Chem B , 1998, (102 : 556625572.11 Li Minggang , Hari 2Bala ,Lv Xiaotang ,et al. J.Mate 2 rials Letters , 2007, (61 :6902693.12 Martinson A B F , Elam J W , Hupp

21、 J T ,et al. J.Nano Lett , 2007,16:2452248.F abrication of Z nO nanotube arrays via template inf iltrationC H EN Mao 2bin , PEN G Zhi , SON G Guo 2jun , J IAN G Ning , SHAO Zeng 2jun , SH EN Li (College of Chemical and Environment , Qingdao U niversity , Qingdao 266071,China Abstract :Prepared znic oxide colloid