高 歌

（榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院農(nóng)學(xué)院（陜西省榆林農(nóng)業(yè)學(xué)校），陜西 榆林 719000）

1 氧化鋅納米材料的性能特點(diǎn)及應(yīng)用

1.1 氧化鋅納米材料的性能特點(diǎn)

光學(xué)性能：氧化鋅材料的光學(xué)性能，近年來(lái)有大量的研究者對(duì)其展開(kāi)了深入研究。大部分學(xué)者認(rèn)為氧化鋅的光致光光譜（PL）可以分為兩個(gè)組成部分，其一是典型激光粒子發(fā)射或是近帶邊發(fā)射，其二是和存在缺陷或者是含有雜質(zhì)的可見(jiàn)光發(fā)射。因氧化鋅的比表面積較大，其表面的狀態(tài)發(fā)射變化時(shí)也容易對(duì)其光學(xué)性能造成影響。

電子傳輸性：就氧化鋅的電性能而言，目前依然存在主要的兩個(gè)爭(zhēng)議的，其一是形成n-型導(dǎo)電的原因，其二是p-型導(dǎo)電是否可能由于摻入了雜質(zhì)而形成。基于氧化鋅中存在本征或非本征的不足因素，氧化鋅晶體不同生長(zhǎng)面的電性能也不盡相同。

冷發(fā)射性：又稱(chēng)場(chǎng)發(fā)射，是納米材料相當(dāng)重要的一個(gè)性能特點(diǎn)，在微波、電子元器件方面有著很廣泛的用途。此外，基于氧化鋅納米材料的較高的熱穩(wěn)定性和力學(xué)穩(wěn)定性，較低的功函和極佳的抗氧化能力等一系列特點(diǎn)[1]。它也被認(rèn)為是極有前景的半導(dǎo)體材料。

壓電性能：在某壓力實(shí)施到一個(gè)不是中心對(duì)稱(chēng)的晶體之上的時(shí)候，晶體的內(nèi)部粒子會(huì)出現(xiàn)極化現(xiàn)象，從在壓力作用下而產(chǎn)生電勢(shì)，這就是壓電特性。形貌眾多的氧化鋅納米材料有很強(qiáng)的電耦合和很低的介電常數(shù)，具備了很好的壓電性能。

鐵磁性能：研究發(fā)現(xiàn)，在氧化鋅的離子里添加其他雜質(zhì)可以調(diào)控氧化鋅的磁性能。這也讓氧化鋅在自旋電子器件領(lǐng)域得到了高度的關(guān)注。

2 氧化鋅多級(jí)納米結(jié)構(gòu)的調(diào)控實(shí)驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)材料和儀器

本次研究的材料有乙酸鋅、檸檬酸鈉、去離子水以及六次亞甲基四胺。所用的儀器包括X-射線(xiàn)衍射儀、紅外光譜儀、表面吸附儀、掃描顯微鏡和透射電子顯微鏡。

2.2 調(diào)控試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)主要包含兩個(gè)部分，一個(gè)是氧化鋅納米材料的合成，另一個(gè)是光催化實(shí)驗(yàn)。

合成實(shí)驗(yàn)的主要步驟是，量取相同摩爾比的六次亞甲基四胺和乙酸鋅各25毫升，將它們加入50毫升的去離子水里攪拌直至全部溶解。加入檸檬酸鈉后再攪拌15分鐘。完成以后把混合溶液倒入燒杯，并加入100毫升聚四氟乙烯。使其在九十度下水解。冷卻以后，采用離心法收集產(chǎn)物，將產(chǎn)物徹底清洗凈干燥。

光催化實(shí)驗(yàn)則主要是通過(guò)亞甲基藍(lán)的光催化反應(yīng)來(lái)進(jìn)行測(cè)評(píng)。首先將實(shí)驗(yàn)樣品放置在350攝氏度的煅燒爐中半小時(shí)，去除材料中的水分和雜質(zhì)。將亞甲基藍(lán)液體與粉末顆粒安裝1：4的比例混合[2]。使混合液在避光環(huán)境下充分混合并攪拌。完成用汞光光源進(jìn)行照射分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 檸檬酸鈉對(duì)氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的調(diào)控分析

實(shí)驗(yàn)證明，如果其他的實(shí)驗(yàn)條件不變，納米檸檬酸鈉的用量在樣品a-i中分別加入0.01 mmol/L、0.05mmol/L、0.3mmol/L、0.5mmol/L、1.0mmol/L、1.5mmol/L、3mmol/L、7mmol/L和10mmol/L。在檸檬酸濃度為0.05mmol/L的時(shí)候，得到的樣品是兩層六棱柱的形狀，呈現(xiàn)出最佳的光化活性。

在檸檬酸濃度為1.5mmol/L的時(shí)候，得到的樣品是表面多空的球形的，形狀規(guī)則均勻、呈現(xiàn)出很好的分散性。在檸檬酸濃度為10mmol/L的時(shí)候，得到的樣品是微小的光面球型。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，所有形貌都有一種截然不同的衍射圖譜。

檸檬酸鈉的濃度在對(duì)氧化鋅的形貌起到了決定性作用。在檸檬酸鈉和乙酸鋅完全溶解以后，檸檬酸根和鋅離子所形成的復(fù)合離子在酸性的條件下非常穩(wěn)定，但在堿性條件下則非常容易被分解。當(dāng)檸檬酸根的濃度相對(duì)較低的時(shí)候，檸檬酸根能夠充當(dāng)結(jié)構(gòu)調(diào)整試劑的作用吸附在氧化鋅晶核的極性面之上，從而形成低方向比率的雙層六棱柱的形態(tài)。當(dāng)檸檬酸根濃度中等的時(shí)候，檸檬酸根對(duì)結(jié)構(gòu)相貌的作用相對(duì)較復(fù)雜。例如使原子堆積的方式發(fā)生改變，使結(jié)晶顆粒分布成相互連接的網(wǎng)狀形態(tài)。當(dāng)溶液中檸檬酸根處于中等范圍，就易于形成表面多孔的球狀微粒，這種結(jié)構(gòu)即是多級(jí)納米材料的結(jié)構(gòu)形態(tài)。當(dāng)檸檬酸根濃度較高的時(shí)候，沒(méi)有定型的檸檬酸根直接與游離的鋅離子發(fā)生了復(fù)合反應(yīng)，形成了無(wú)定型檸檬酸鋅復(fù)合材料。

3.2 氧化鋅多級(jí)納米材料的結(jié)構(gòu)特征和機(jī)理

通過(guò)TEM測(cè)試發(fā)現(xiàn)，微球的邊界處和中央?yún)^(qū)域有十分鮮明的明暗差別，映證了微球內(nèi)部結(jié)構(gòu)是空心的論點(diǎn)。通過(guò)高倍TEM圖像能夠發(fā)現(xiàn)，微球邊緣壁是以納米片積壓而形成的網(wǎng)狀的構(gòu)造，微球直徑一般在2～3微米之間，微球邊緣壁厚度大部分只有幾納米。

為了更好的驗(yàn)證氧化鋅多級(jí)納米材料多級(jí)結(jié)構(gòu)的成型原理，本文還進(jìn)行了XRD測(cè)試和紅外光譜分析，結(jié)果都進(jìn)一步證實(shí)了氧化鋅多級(jí)納米微球的表層是由納米片堆積而來(lái)的網(wǎng)狀構(gòu)造。這些納米片是由于溶液中檸檬酸根離子和氫鍵連接發(fā)展而來(lái)的，然而再彼此連接成網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，粘附在微球的表層氧化鋅在溶液中形成晶核的前提條件是周?chē)鷿舛鹊竭_(dá)一定的飽和臨界數(shù)值。溶液中的OH-離子既能夠起到協(xié)同作用使球體內(nèi)部得到溶解，如此一來(lái)，微球內(nèi)部會(huì)逐漸變成空心，而球的外部表層的孔隙也因?yàn)槿芙夥e淀增大，邊緣壁的厚度逐漸變小。

4 結(jié)語(yǔ)

本文將檸檬酸鈉作為調(diào)整氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的調(diào)整試劑，通過(guò)一步溶液法，對(duì)氧化鋅納米材料的調(diào)控展開(kāi)研究。對(duì)拓展氧化鋅納米材料在導(dǎo)電體、電子元器件、激光發(fā)射器等先進(jìn)科創(chuàng)領(lǐng)域的深入應(yīng)用具有積極意義。經(jīng)分析得知，只要改變檸檬酸鈉的添加劑量，就可以使氧化鋅納米材料的外觀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)三種完全不一樣的結(jié)構(gòu)，隨著濃度由低到高，三種形態(tài)分別可以是雙層六棱柱形狀、表面多孔的多級(jí)納米結(jié)構(gòu)的微球以及光面納米微球結(jié)構(gòu)。此外，氧化鋅的多級(jí)納米結(jié)構(gòu)微球是空心球，其球外層表面呈現(xiàn)出多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)證明是由氧化鋅多級(jí)納米微球的表層是由納米片堆積而來(lái)的網(wǎng)狀構(gòu)造。