CN102120603B - 一种特殊形貌的ZnO纳米管的可控生长工艺 - Google Patents
一种特殊形貌的ZnO纳米管的可控生长工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102120603B CN102120603B CN 201010030810 CN201010030810A CN102120603B CN 102120603 B CN102120603 B CN 102120603B CN 201010030810 CN201010030810 CN 201010030810 CN 201010030810 A CN201010030810 A CN 201010030810A CN 102120603 B CN102120603 B CN 102120603B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zno
- zno nano
- substrate
- reaction kettle
- nanotube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明涉及一种特殊形貌的ZnO纳米管的可控生长工艺。该方法生长过程经历了ZnO纳米片、ZnO纳米柱、到ZnO纳米管的形成，首先在硅衬底上生长出了圆形的ZnO纳米片，然后随着生长时间的延长圆形的ZnO纳米片堆积形成ZnO纳米柱，随着反应时间的继续延长，ZnO纳米柱发生了老化过程形成了ZnO纳米管。本发明方法简单易行，生长出的纳米管具有大的表面积、有比较高的表面粗糙度，而且是层状堆积结构的ZnO纳米管。
Description
技术领域
本发明涉及一种特殊形貌的ZnO纳米管的可控生长工艺。
背景技术
1991年Iijima对碳纳米管的发现强烈的激起了人们管状材料理论和实验的兴趣。各种管状材料在扫描显微镜和传感器，场发射装置，生物探针和纳米等领域有极大的潜在应用。这都是因为他们有诸如低维，大型表面体积比，高各向异性特性特点所引起的新的物理和化学特性。
氧化锌已经成为了一种在明电极气体传感器，声光设备和压电器件上具有广泛潜在应用的非常重要的功能性材料之一，这是因为它在室温下3.37eV的大带隙能量和60meV大激子结合能。研究氧化锌的一维结构已取得初步进展，比如纳米线和纳米棒，纳米壁和碳纳米管等，在这些一维的结构中，对获得管状或中空纳米结构的特殊技术的应用给予了高度的期望，这不仅仅归因于他们的优越的光，电，热和机械性，还取决于高孔隙度，大面积引起的高效性和活性。氧化锌纳米管通常是通过热蒸发，有机金属化学气相沉积，微波等离子体沉积，热化学气相沉积，分子束外延，模板，或直接蒸发从混合锌/氧化锌粉体方法获得。然而，在这些方法中，获得的氧化锌纳米管并不是单晶体而是多晶体，还有，这些获得单晶体氧化锌纳米管需要的方法需要在高温(400-1300度)条件和此过程很复杂(外国催化剂或模板等)，这样就很容易使化锌纳米管里带有杂质，因此，我们急切需要探索一种获取氧化锌纳米管的简单途径。要满足新型设备和产业的发展所需的低成本大规模生产技术的要求仍然是一项挑战！
因此，水热法具有生长温度低，成本低，便于大面积生长等特点，因此它以成为极有前途的的方法。我们期望通过此方法合成出形貌可控的ZnO纳米管。
发明内容
本发明的目的要提供一种特殊形貌的ZnO纳米管的可控生长工艺，主要是采用水热合成法在较低的温度下制备了一种特殊形貌的ZnO纳米管，通过调节反应时间有效的控制ZnO纳米管的生长，克服了现有技术的缺点和不足，为满足新型设备和产业的发展所需的低成本大规模生产技术的要求带来了希望。
本发明的目的是这样实现的，该工艺方法是利用水热法制备特殊形貌的ZnO纳米管，生长过程经历了ZnO纳米片、ZnO纳米柱、到ZnO纳米管的形成，首先在硅衬底上生长出圆形的ZnO纳米片，然后随着生长时间的延长圆形的ZnO纳米片堆积形成ZnO纳米柱，随着反应时间的继续延长，ZnO纳米柱发生了老化过程形成了ZnO纳米管；
其具体步骤如下：
①、首先配制摩尔浓度均为0.1M的六次甲基四胺溶液和硝酸锌溶液，分别将两种溶液磁力搅拌30分钟，待用；
②、将上述两种溶液混合，将混合后的溶液磁力搅拌30分钟，待用；
③、将Si衬底依次放在无水乙醇和去离子水中超声处理20分钟，在空气中晾干待用；
④、将步骤②中溶液转移到不同的聚四氟乙烯反应釜中，将步骤③中处理好的Si衬底分别插入各自的聚四氟乙烯反应釜的底部；
⑤、将步骤④中的各反应釜拧紧，然后分别将拧紧后的反应釜同时放入温度为126℃的烘箱中进行烧结，改变反应釜的烧结时间，时间达到24小时时取出其中一个反应釜，48小时时取出其中一个反应釜，72小时时再取出其中一个反应釜；
⑥、反应后从在上述步骤⑤的三个反应釜中取出各自的Si衬底，先用去离子水清洗Si衬底3次，然后用无水乙醇清洗Si衬底3次，最后将清洗后的三个Si衬底在烘干箱中70°烘干即可。
本发明的优点和积极效果如下：
1、本发明选择水热法生长特殊形貌的ZnO纳米管，即先在衬底上形成ZnO纳米片，然后纳米片堆积成纳米柱，通过调节反应时间，实现ZnO纳米管直径的可控生长。
2、本发明ZnO纳米管的XRD图(见图1)表明，制备出的样品是ZnO，没有其它的杂像存在，扫描电镜(SEM)图(见图2、图3)表明，ZnO纳米管的形成过程经历了ZnO纳米片、ZnO纳米柱、最终形成ZnO纳米管的过程，经分析，这种特殊形貌的ZnO纳米管的形成是通过调整生长时间实现的，首先形成ZnO纳米片，ZnO纳米片堆积形成ZnO纳米柱，ZnO纳米柱经过老化形成ZnO纳米管。
3、本发明水热法不仅生长温度低，成本低，而且操作简单，便于大规模生长，仅通过调节生长时间就可以成功实现ZnO纳米管的可控生长，本发明为满足新型设备和产业的发展所需的低成本大规模生产技术的要求带来了希望，为其他纳米材料尺寸可控生长提供了有效后备方法。
4、本发明方法简单易行，生长出的纳米管具有大的表面积、有比较高的表面粗糙度，而且是层状堆积结构的ZnO纳米管。
附图说明
图1是本发明ZnO纳米管的XRD图像。
图2是本发明ZnO纳米管生长时间为72小时的SEM图，(a)是氧化锌纳米管的低倍放大的SEM图；(b)高倍率放大的SEM图。
图3是本发明通过水热过程获得的ZnO纳米片的SEM图，(a)是在硅衬底上生长24小时的SEM图；(b)是在硅衬底上生长48小时的SEM图。
图4是本发明ZnO纳米管的生长示意图。
图5是本发明ZnO纳米管的光致发光谱图。
图6是本发明ZnO纳米管的拉曼光谱图。
具体实施方式
在附图2中：生长时间为72小时制备的ZnO纳米管。
在附图3中：生长时间分别为24小时和48小时制备的ZnO纳米片。
该方法生长过程经历了ZnO纳米片、ZnO纳米柱、到ZnO纳米管的形成，首先在硅衬底上生长出了圆形的ZnO纳米片，然后随着生长时间的延长圆形的ZnO纳米片堆积形成ZnO纳米柱，随着反应时间的继续延长，ZnO纳米柱发生了老化过程形成了ZnO纳米管。
在衬底上制备ZnO晶核层，再利用化学水浴沉积法进行纳米棒阵列的生长，通过改变ZnO纳米颗粒的密度和大小从而控制ZnO纳米棒阵列的直径大小；
其具体步骤如下：
①、首先配制摩尔浓度均为0.1M的六次甲基四胺溶液和硝酸锌溶液，分别将两种溶液磁力搅拌30分钟，待用；
②、将上述两种溶液混合，将混合后的溶液磁力搅拌30分钟，待用；
③、将Si衬底依次放在无水乙醇和去离子水中超声处理20分钟，在空气中晾干待用；
④、将步骤②中溶液转移到不同的聚四氟乙烯反应釜中，将步骤③中处理好的Si衬底分别插入各自的聚四氟乙烯反应釜的底部；
⑤、将步骤④中的各反应釜拧紧，然后分别将拧紧后的反应釜同时放入温度为126℃的烘箱中进行烧结，改变反应釜的烧结时间，时间达到24小时时取出其中一个反应釜，48小时时取出其中一个反应釜，72小时时再取出其中一个反应釜；
⑥、反应后从在上述步骤⑤的三个反应釜中取出各自的Si衬底，先用去离子水清洗Si衬底3次，然后用无水乙醇清洗Si衬底3次，最后将清洗后的三个Si衬底在烘干箱中70°烘干即可。
Claims (1)
1.一种特殊形貌的ZnO纳米管的可控生长工艺，其特征在于:该工艺方法是利用水热法制备特殊形貌的ZnO纳米管，生长过程经历了ZnO纳米片、ZnO纳米柱、到ZnO纳米管的形成，首先在硅衬底上生长出圆形的ZnO纳米片，然后随着生长时间的延长圆形的ZnO纳米片堆积形成ZnO纳米柱，随着反应时间的继续延长，ZnO纳米柱发生了老化过程形成了ZnO纳米管:
其具体步骤如下:
①、首先配制摩尔浓度均为0.1M的六次甲基四胺溶液和硝酸锌溶液，分别将两种溶液磁力搅拌30分钟，待用；
②、将上述两种溶液混合，将混合后的溶液磁力搅拌30分钟，待用；
③、将Si衬底依次放在无水乙醇和去离子水中超声处理20分钟，在空气中晾干待用；
④、将步骤②中溶液转移到聚四氟乙烯反应釜中，将步骤③中处理好的Si衬底插入聚四氟乙烯反应釜的底部；
⑤、将步骤④中的反应釜拧紧，然后将拧紧后的反应釜放入温度为126℃的烘箱中进行烧结，时间达到72小时时取出反应釜；
⑥、反应后从上述步骤⑤反应釜中取出Si衬底，先用去离子水清洗Si衬底3次，然后用无水乙醇清洗Si衬底3次，最后将清洗后的Si衬底在烘干箱中70o烘干即可。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010030810 CN102120603B (zh) | 2010-01-11 | 2010-01-11 | 一种特殊形貌的ZnO纳米管的可控生长工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010030810 CN102120603B (zh) | 2010-01-11 | 2010-01-11 | 一种特殊形貌的ZnO纳米管的可控生长工艺 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102120603A CN102120603A (zh) | 2011-07-13 |
| CN102120603B true CN102120603B (zh) | 2012-12-26 |
Family
ID=44249289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201010030810 Expired - Fee Related CN102120603B (zh) | 2010-01-11 | 2010-01-11 | 一种特殊形貌的ZnO纳米管的可控生长工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102120603B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103182301A (zh) * | 2011-12-29 | 2013-07-03 | 吉林师范大学 | 一种汉堡形状ZnO纳米光催化剂的可控生长方法 |
| CN111036190A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-21 | 吉林师范大学 | 一种碳掺杂改性氧化锌可见光催化剂的制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101412533A (zh) * | 2008-11-18 | 2009-04-22 | 北京科技大学 | 一种在水溶液中制备均匀氧化锌纳米管阵列的方法 |
| CN101455960A (zh) * | 2007-12-14 | 2009-06-17 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 具有高光催化活性的多孔氧化锌纳米管及其制备方法 |
-
2010
- 2010-01-11 CN CN 201010030810 patent/CN102120603B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101455960A (zh) * | 2007-12-14 | 2009-06-17 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 具有高光催化活性的多孔氧化锌纳米管及其制备方法 |
| CN101412533A (zh) * | 2008-11-18 | 2009-04-22 | 北京科技大学 | 一种在水溶液中制备均匀氧化锌纳米管阵列的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Jinghai Yang et al..Effects of substrate on morphologies and photoluminescence properties of ZnO nanorods.《Applied Surface Science》.2008,第255卷(第5期), * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102120603A (zh) | 2011-07-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xu et al. | Density-controlled growth of aligned ZnO nanowire arrays by seedless chemical approach on smooth surfaces | |
| CN102104079B (zh) | 一维ZnO/ZnS核壳结构纳米阵列以及单晶ZnS纳米管阵列的制备方法 | |
| Bu | Rapid synthesis of ZnO nanostructures through microwave heating process | |
| Wang et al. | Control growth of catalyst-free high-quality ZnO nanowire arrays on transparent quartz glass substrate by chemical vapor deposition | |
| CN103241959A (zh) | 一种Na掺杂ZnO纳米棒阵列的制备方法 | |
| CN106986555A (zh) | 一种ZIF‑8/ZnO纳米棒阵列薄膜材料及其制备方法 | |
| CN100352970C (zh) | 金属钛表面制备定向排列二氧化钛纳米棒阵列的方法 | |
| CN105671491B (zh) | 采用蒸发镀膜可控制备多级次Bi‑Sb‑Te倾斜柱阵列的方法 | |
| Dong et al. | Fabrication of ZnO nanorod arrays via electrospinning assisted hydrothermal method | |
| Zhao et al. | Nucleation and growth of ZnO nanorods on the ZnO-coated seed surface by solution chemical method | |
| CN105839189B (zh) | 一种二维原子层厚度ZnO单晶纳米片及其制备方法 | |
| CN102120603B (zh) | 一种特殊形貌的ZnO纳米管的可控生长工艺 | |
| Liu et al. | Sol–gel-template synthesis of ZnO nanotubes and its coaxial nanocomposites of LiMn2O4/ZnO | |
| CN101575117B (zh) | 高度取向直径可调ZnS纳米棒阵列的溶剂热制备方法 | |
| Ekthammathat et al. | Characterization of ZnO flowers of hexagonal prisms with planar and hexagonal pyramid tips grown on Zn substrates by a hydrothermal process | |
| Nayeri et al. | Influence of seed layers on the vertical growth of ZnO nanowires by low-temperature wet chemical bath deposition on ITO-coated glass substrate | |
| CN106044844B (zh) | 一种多孔氧化锌纳米线阵列的制备方法 | |
| Singh et al. | Synthesis and structural characterization of Ba0. 6Sr0. 4TiO3 nanotubes | |
| Song et al. | Self-assemble, growth mechanism, and optical properties of complex and oriented 3D CdCO3 pyramids consist of single crystal parallel tetrahedrons | |
| CN103601209B (zh) | 一种有序组装分子筛晶粒层的方法 | |
| CN101994149A (zh) | 一种ZnO纳米棒阵列尺寸可控生长方法 | |
| Wang et al. | Growth and interconversion of ZnO nanostructure films on different substrates | |
| CN107699856A (zh) | 采用蒸发镀膜‑电场诱导可控制备定向Bi‑Te‑Se纳米柱阵列的方法 | |
| Liu et al. | Preparation of ZnO nanorods and special lath-like crystals by aqueous chemical growth (ACG) method | |
| Jitputti et al. | Hydrothermal production of SrTiO3 nanotube arrays |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121226 Termination date: 20150111 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |