水热法合成ZnO纳米线的研究开题报告

1. 研究目的与意义

氧化锌(zno)作为一种Ⅱ-Ⅵ族的宽禁带半导体氧化物材料，禁带宽度是3.37ev，室温下它有较高的激子束缚能，可达60mev [1]。在过去的十几年里一维zno纳米结构由于其优良的光电、压电、热电、催化、卓越的物理化学性质及其重要的技术应用已经被深入和广泛的研究，氧化锌在led、液晶显示器、太阳能电池、气敏元件、压敏电阻、表面声波器件等领域具有广阔的应用前景。zno既是半导体材料又是压电材料以及拥有良好的光电性质，故而成为低维结构研究领域的热门课题。对于收集多种类型能量的纳米发电机和混合电池，自供能系统，压电电子学，压电光电子学以及将来的压电光子学等新兴领域，压电势和半导体物理是其根基。因此，生长一致取向、图案化及形貌可控的纳米线阵列尤为重要。目前，已有许多研究者成功研制出多种氧化锌纳米结构。这些多种多样的结构在制备光电器件中发挥重要作用。

制备氧化锌的方法有很多，其zno纳米线典型的生长方法有两种，分别是气相沉积和水热合成。水热法，是指一种在密封的压力容器中，以水作为溶剂、粉体经溶解和再结晶的制备材料的方法；气相沉积法利用高温物理蒸发或有机金属化合物气象状态的反应，在载气输运及自身热膨胀作用下，反应物最终沉积到基底上，并不断生长出一维zno纳米结构。在诸多制备方法中，水热法由于其设备简单，生长温度低，生长氧化锌的形貌和尺寸可控，原材料制备简单，生产成本低，在实验室制备氧化锌薄膜得到广泛发展。相对于气相法和固相法水热与溶剂热的低温、等压、溶液条件，有利于生长缺陷极少、取向好的晶体，且合成产物结晶度高以及易于控制产物晶体的粒度。

陶新永研究了氢氧化钠浓度对氧化锌纳米棒形貌和尺寸的影响[2]。当na(oh)₂浓度为0.5 mol/l产物的形态比较多样，除了有纳米棒外还有纳米片的存在，纳米棒直径及长度分布不均匀；当na(oh)₂浓度增大到1 mol/l，产物大多为纳米棒，但有少量锥形产物存在，纳米棒长度及直径分布都不均匀。当浓度为2 mol/l产物都是纳米棒，直径较小且分布均匀。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：本实验拟采用控制变量法，通过多组实验对比得出水热法制备氧化锌过程中，各可控生长参数(前驱溶液浓度、反应温度、反应时间、PH值等)对于置入六水硝酸锌和六亚甲基四胺(HMTA)混合溶液中镀有氧化锌种子层的硅片上生长出的氧化锌纳米线的影响规律，并通过扫描电镜(SEM)对水热实验中于不同影响因子影响下制备出的氧化锌纳米线形貌及晶体质量的观察，总结出各可控生长参数对制备出的氧化锌纳米线的影响规律。

预期目标：本实验致力于探究在六水硝酸锌和六亚甲基四胺(HMTA)混合溶液生长氧化锌纳米线的实验中不同影响因子(前驱溶液浓度、反应温度、反应时间、PH值等)对于氧化锌纳米线生长以及生长出的氧化锌纳米线形貌及晶体质量的影响规律。并探索实验室条件下水热反应的最佳方案，为实验室条件下快速制备氧化锌纳米线提供理论依据和参考数据，并为今后关于氧化锌纳米线性能及其特性方面的研究提供部分可靠的参考数据。期望为今后关于氧化锌纳米线方面的研究做出微薄的贡献。

3. 研究的方法与步骤

本实验拟采用控制变量法来实现对生长氧化锌纳米线影响因素（前驱溶液浓度、反应温度、反应时间等）的控制，在实验过程中设计多组对照实验，获得实验数据，并通过对比对照组实验结果得出相关影响因子的影响规律。

1.设计实验，通过设置不同的主变量（前驱溶液浓度、反应温度、反应时间等）并记录对照实验组的生长情况来得出相关影响因子的影响程度。

2.运用磁控溅射技术制作所需镀有氧化锌种子层硅基底。

4. 参考文献

[1]孙宇宁. 水热法制备氧化锌纳米结构及其表征[d].辽宁师范大学,2014.

[2]陶新永，张孝彬，孔凡志等.peg^助氧化锌纳米棒的 水热法制备[j].化学学报，2004 62(17): 1658～1662

[3]郭敏，习鹏，王新东等.水热法制备氧化锌纳米棒阵列的 生长动力学研究[j].北京科技大学学报，2007，29(7): 735 ～738

5. 计划与进度安排

（1）2022.2.28——2022.3.14 文献调研

（2）2022.3.15——2022.3.27 撰写开题报告

（3）2022.3.28——2022.4.13 进行实验