水熱法合成納米氧化鋅

水熱法合成納米氧化鋅一、 引言二、 實(shí)驗(yàn)部分2.1實(shí)驗(yàn)儀器集熱恒溫磁力攪拌器山東鄄城永興儀器廠2（加攪拌子2）X射線衍射儀（DX-2000型）丹東方圓儀器有限公司1光學(xué)顯微鏡1恒溫干燥箱1聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜編號100-25、100-442馬弗爐1量筒（50ml）1燒杯3個(gè)100ml、2個(gè)150ml坩蝸1玻璃棒1培養(yǎng)皿2抽濾瓶1載玻片22.2實(shí)驗(yàn)藥品單酸天津市兀立化工有限公司分析純氫氧化鈉天津市福晨化學(xué)試劑廠分析純硝酸鋅天津市天大化工試劑廠分析純氨水天津市兀立化工有限公司25%無水乙醇天津市風(fēng)船化學(xué)試劑有限公司分析純?nèi)ルx子水2.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.3.1水熱合成納米氧化鋅稱取8.9482gZn(NO3).6H2O固體溶解于20ml去離子水中，在充分?jǐn)嚢钘l件下緩慢滴加25%的濃氨水，至生成的沉淀恰好消失為止(pH^10)，得到前驅(qū)體溶液(其濃度認(rèn)為等于Zn的濃度)。將上述溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)膽的高壓釜中，保持其填充度為80%。在180°C下反應(yīng)3h后，自然冷卻至室溫。抽濾并收集白色沉淀，然后用去離子水反復(fù)沖洗以除去吸附的多余離子，于90C烘箱中干燥以備表征。2.3.2草酸高溫合成納米氧化鋅稱取3.111gZn(NO3).6H2O溶解于20ml去離子水，在充分?jǐn)嚢枨闆r下緩慢滴加滴加草酸溶液(1?2d每秒為宜)，使之沉淀完畢，攪拌0.5h，進(jìn)行抽濾，用去離子水和無水乙醇洗滌，放入90C烘箱干燥2h，然后高溫700C灼燒2h。2.3.3在玻璃基體上生長納米氧化鋅陣列晶種層的制備載玻片襯底先后在稀氫氟酸、氫氧化鈉溶液、去離子水和無水酒精中超聲清洗，然后放入烘箱中烘干備用。ZnO種子液配制如下：制備等量的0.001mol/L和0.002mol/L的硝酸鋅溶液，于磁力攪拌下分別緩慢滴加稀氨水，直至沉淀消失，在60C水浴30min獲得均勻澄清溶液采用浸漬提拉法在清潔襯底上涂敷ZnO凝膠膜：浸人種子液的浸漬時(shí)間為1min，提拉速度0.85mm/s,80C烘箱烘干,重復(fù)以上操作3次，最后將涂有薄膜的襯底進(jìn)行熱處理550C，保溫1.5h。最終獲得晶種膜。水溶液生長一定量的硝酸鋅和氨水(25%)加入去離子水中。配制20ml的生長液。攪拌均勻并密封，鋅濃度范圍為0.001mol/L。氨水和硝酸鋅的物質(zhì)的量的比為4:1至11:1，將有晶種層的襯底放人裝有生長液的密封反應(yīng)釜中。于90C水浴中保持6h。硝酸溶液(pH=0.4)和氨水(25%)被用來進(jìn)行生長液pH值(8.2?9.8)的原位二次調(diào)整。最后合成的薄膜用去離子水清洗，空氣中晾十。三、結(jié)果與討論3.1納米氧化鋅的XRD表征譜圖，掃描速度0.1，兩組納米氧化鋅粉末進(jìn)行XRD測試，設(shè)置掃描范圍20°~70銅靶波長1.54184A，掃描速度0.1，XRD測試圖由上圖可以看出，兩組的衍射峰都很尖銳，說明兩組樣品結(jié)晶程度較高，無雜峰，純度也較高。但水熱法的衍射峰比草酸法要稍高一些，說明結(jié)晶比草酸灼燒法要完整，效果要好。所制備的兩組氧化鋅具有六角纖鋅礦型ZnO晶體結(jié)構(gòu)，衍射晶面依次為（100）、（002）、（101）、（102）、（110）、（103）、（200）、（112）、（201），與體相ZnO標(biāo)準(zhǔn)值（JCPDScard36-1451）一致。3.1.1水熱法合成納米氧化鋅利用謝樂公式計(jì)算晶粒尺寸：D=K入/Bcos。：29/°29.49431.86834.51336.34147.62856.70362.84266.35567.93569.056B0.3490.2150.1960.2350.2550.2780.3110.3200.2940.296D/nm23.30738.04842.02435.22933.71632.14829.62529.36532.25532.251D(average)/nm29.8603.1.2草酸合成納米氧化鋅29/°31.79134.45936.28347.59256.64262.92866.43668.01869.135B0.180.2280.2070.2420.2210.2510.230.2560.25D/nm45.43736.12139.98735.52240.42846.73540.87437.06038.203D(average)/nm38.262

由計(jì)算可知，以上兩組實(shí)驗(yàn)得到的樣品顆粒在納米尺寸范圍內(nèi)。可以發(fā)現(xiàn)，水熱得出的顆粒比高溫灼燒尺寸小。證明水熱法的實(shí)驗(yàn)效果比草酸沉淀法要好一些，粉體晶粒發(fā)育較完善。3.2納米氧化鋅粉體的形貌利用光學(xué)顯微鏡對兩組實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行形貌觀察3.3納米氧化鋅的熒光測試對兩組樣品進(jìn)行熒光測試，激發(fā)波長為250nm，激發(fā)狹縫和發(fā)射狹縫均為20nm，負(fù)高壓為100kv，掃描范圍200?650。圖表一、水熱法氧化鋅的熒光測試圖表二、草酸沉淀法的熒光測試圖表一、水熱法氧化鋅的熒光測試圖表二、草酸沉淀法的熒光測試兩圖均在398nm、455nm、550nm處有強(qiáng)的發(fā)射峰，對應(yīng)于紫光區(qū)(390nm?460nm)和綠光區(qū)(500nm?570nm)。所以氧化鋅發(fā)出的是紫綠光。3.4玻璃基片上成長納米氧化鋅陣列玻璃基片上成長氧化鋅的實(shí)驗(yàn)，我組做了兩次：1.由于在攪拌過程中往硝酸鋅溶液中添加氨水過快，導(dǎo)致氨水含量極大地超標(biāo)，沒有得到鋅離子的溶膠凝膠溶液，造成了實(shí)驗(yàn)的失敗。2.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)措施，采用更稀的0.001mol/L的硝酸鋅溶液，滴加氨水前，也先稀釋了氨水，并提前算好應(yīng)加入的量，得出了樣品。在光學(xué)顯微鏡下，我們在玻璃襯底下看見水滴似的結(jié)構(gòu)，不能確定這種現(xiàn)象是否由清洗玻片過程中，氫氟酸刻蝕玻片造成。沒有事先采用一個(gè)空余玻璃片作為對比組，另外光學(xué)顯微鏡下鏡片中的污垢也造成了觀察的困難。由于制作的兩玻璃襯底上形成的氧化鋅薄膜太薄，XRD，熒光的現(xiàn)象不明顯。四、結(jié)論本次實(shí)驗(yàn)分別采用了水熱法和高溫灼燒法進(jìn)行了納米氧化鋅的制備與納米氧化鋅陣列的生長并通過XRD、分子熒光光譜法等分析測試手段，對納米氧化鋅粉體的純度和形貌進(jìn)行了分析和研究。其中由于PH的不同，水熱法制備納米氧化鋅晶粒純度高、結(jié)晶較好、分散性良好，其效果明顯好于高溫灼燒法；而對于納米氧化鋅陣列的生長的兩次實(shí)驗(yàn)，第一次由于氨水過量導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)完全失敗;第二次的改進(jìn)方案由于缺少對照及玻璃片清洗不干凈造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果不明顯，無較好的圖形與數(shù)據(jù)，造成實(shí)驗(yàn)的失敗。本次試驗(yàn)的收獲是了解納米氧化鋅的制作方法以及納米氧化鋅陣列的生長情況，并對其形貌特征有了初步的了解；教訓(xùn)是實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)態(tài)度不夠嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)驗(yàn)思路不夠清晰，以后遇到此類情況應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況不斷的改進(jìn)試驗(yàn)方法以求得實(shí)驗(yàn)的成功。納米材料是當(dāng)今新材料研究領(lǐng)域中最富有活力、對未來經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展.有著重要影響的研究對象，也是納米科技中最活躍、最接近應(yīng)用的重要組成部分。其中納米氧化鋅在紫外線屏蔽、抗菌除臭、橡膠工業(yè)、涂料工業(yè)、光催化材料、氣敏、壓電材料、吸波材料等方面有許多優(yōu)異的物理性能和化學(xué)性能。因此，此次實(shí)驗(yàn)在某種程度上能夠具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。參考文獻(xiàn)：[1]李莉，李遠(yuǎn)，孫志梅.氧化鋅納米晶的水熱法制備及表征[J].淮南師范學(xué)院學(xué)報(bào),5,2010,63(12).⑵吳莉莉