精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用氧化锌纳 M 粉体的低温化学法合成与性能争论一、试验目的1.明白一些常规低温液相化学方法制备纳M 材料的基本原理和方法；2.明白纳 MZnO 的发光性能,熟识荧光仪的使用方法；二、试验原理 1.氧化锌纳 M 粉体的制备 <1）溶胶凝胶法 溶胶凝胶法是 60 岁月进展起来的一种制备玻璃,陶瓷等无机材料的新工艺；其基本原理是用金属醇盐水解直接形成溶胶或者经解凝形成溶胶,然后使溶胶 聚合凝胶化,再将凝胶干燥焙烧去除有机成分,最终得到无机材料；由于该方 法具有化学匀称性好、产品纯度高、颗粒细、烧结温度低和可容纳不溶性组分 或不沉淀组分等优点,很多人用此法产生团圆块等缺点；柠檬酸溶胶凝胶是以 柠檬酸和无机金属盐做原料,所涉原料廉价,同时具有溶胶凝胶法的优点,因 此它被广泛用来制备纳 M 材料；<2）化学沉淀法化学沉淀法是一种制备纳M 材料的干净的方法,其基本原理是肯定条件下在包含一种或多种金属离子的可溶性溶液里加入沉淀剂,形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或盐类从溶液中析出,并将溶剂和溶液中原有的阴离子洗去,经热分解或脱水即得到所需的氧化物粉体；化学沉淀法又分为共沉淀法、均相 沉淀法、金属醇盐水解法；其中均相沉淀法是较常用的方法,它通常是以尿素 的缓慢水解来生成沉淀剂氨水,从而克服了由外部向溶液中加沉淀剂而造成沉 淀剂不匀称性,结果沉淀不能在整个溶液中匀称显现的缺点； <3）燃烧法 燃烧法是以金属的硝酸盐和有机物为原料,利用硝酸和有机物之间的氧化 仍原反应热来合成金属氧化物的新方法；与溶胶凝胶法相比,燃烧法具有反应 时间短、所用试剂廉价、设备操作简洁等优点；人们用此方法胜利合成了超导材料及钙钛矿半导体材料；但溶胶凝胶法和燃烧法都涉及到有机物的燃烧,会 产生大量污染环境的气体；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用<4）水热法水热法是另一种制备纳M 材料的干净的方法；它是在特制的密闭反应器<高压釜）中,采纳水溶液或有机溶剂作为反应体系,通过对反应体系加热至临 界温度 <或接近临界温度）,在反应体系中产生高压的环境而进行无机合成与材 料制备的一种有效方法；水热与溶剂热合成化学具有如下的特点：由于在水热与溶剂热条件下中间态、介稳态以及特别相易于形成,因此能合成与开发一系 列物种介稳结构、特种凝结态的新合成产物；能够使低熔点化合物、高蒸气压 且不能在融体中生成的物质、高温分解相在水热和溶剂热低温条件下晶化生成；水热与溶剂热的低温、等压、溶液条件,有利于生长缺陷少、取向好、完善的 晶体,且合成产物结晶度高以及易于掌握产物晶体的粒度；由于易于调剂水热 与溶剂热条件下的环境气氛,因而有利于低价态、中间价态化合物的生成,并能匀称地进行掺杂；自 的重视；1982 年以来,运用水热法制备超细粉末就引起了国内外 本试验以硝酸锌为原料,用不同方法合成为氧化锌,并对其结构、性能进 行表征；2. 纳 M 结构 ZnO 半导体的发光机理 纳 M 结构 ZnO 半导体的发光来源于电子和空穴的激子辐射复合发光；半导体纳 M 颗粒光泵浦激发后产生电子一空穴对<激子）,电于与空穴复合可能的途径有：导带电子与俘获的空穴复合；俘获的电子与价带的空穴复合；这种直接复合产生檄子态发光；由于纳M 结构 ZnO 有宽的禁带隙 2 , AR ） , 柠 檬 酸 2CO , AR> ,乙醇 ,十六烷基三甲基溴化氨 〔CTAB ,AR>；四、试验步聚及现象 1.ZnO 纳 M 粉体的制备 <1）柠檬酸络合法 a、称取 0.02mol Zn〔NO 3>2于 500ml 烧杯中,加入 20ml 蒸馏水使溶解,在 所得溶液中加入适量的柠檬酸 <柠檬酸和金属离子的比列为 1：1）,同时用磁 力加热搅拌器加热搅拌,加热温度为 80~100℃；b、待溶液变为浅黄色凝胶时,将烧杯移入烘箱<140~180℃）中发泡 <形成疏松多孔的絮状物）,发泡后研磨,得粉末状样品； c、将粉末转于瓷坩埚中,置于马弗炉中于 氧化锌粉体；<2）均相沉淀法500℃烧结 2 小时,冷却后即得a、称取 0.02mol Zn〔NO 3>2 和肯定量的尿素 <尿素和金属离子的摩尔比为 5：1）于 250ml 烧杯中,加入 100ml 蒸馏水使溶解；b、250ml 烧杯置水浴恒温槽中,升温至90℃后保温 3 小时,同时用恒速电动搅拌器搅拌；取出烧瓶将沉淀抽滤,用蒸馏水洗涤,再用无水乙醇洗涤三次,名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用转于烘箱中于 85~95℃干燥； c、将粉末转于瓷坩埚中,置于马沸炉中于 氧化锌粉体；<3）燃烧法500℃烧结 2 小时,冷却后即得a、称取 0.02mol 分析纯的 Zn〔NO 3>2 和 0.04mol 分析纯的氨基乙酸分别溶解于 15ml 蒸馏水中,接着将Zn 2+溶液在搅拌下渐渐加入到氨基乙酸溶液中,得到无色透亮混合溶液；加热浓缩所得溶液,使自由水分蒸干,形成无色透亮的粘 稠凝胶；连续加热,体系开头显现零星的燃烧反应,立即扩散至整个体系,燃 烧反应在几秒内快速完成,得到黑色疏松的粉末产物； b、将产物置于瓷坩埚中,马弗炉中 粉体；<4）水热法500℃烧结 2 小时,冷却后即得氧化锌a、称取 0.02mol 的 Zn〔NO 3>2、0.005mol 的 CTAB 、0.01mol 的 NaOH 于 3个 50ml 的烧杯中,分别用 到透亮溶液；10ml 的蒸馏水溶解 <溶解 CTAB 的时候要加热）得b、加热搅拌下将 NaOH 溶液逐滴滴加到 Zn 2+溶液中,之后将所得的白色乳状液逐滴加入到 CTAB 溶液中,连续搅拌 10分钟,将所得的混合溶液转入聚四氟乙烯内衬高压釜中,补充去离子水到釜容积的80%,充分搅拌；封紧釜盖放入 190℃的鼓风干燥箱中反应 2 小时,取出釜自然冷却,将沉淀物抽滤,先用无水乙醇洗涤三次,再用蒸馏水洗涤5 到 10 次,最终用无水乙醇洗涤三次,转于烘箱中于 85~95℃干燥,得到白色样品； c、将产品转于瓷坩埚中,置于马弗炉中于 氧化锌粉体；2.产品的检测表征500℃烧结 2 小时,冷却后即得 分别取少量上述四种不同方法制得的氧化锌粉体,用荧光仪检测所制备纳 M 氧化锌粉体的荧光性质；五、试验结果及数据处理 荧光分析激发光谱技术参数及方法： Measurement type: Wavelength scan Scan mode: Emission 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用Data mode: Fluorescence EX WL: 254.0 nm EM Start WL: 300.0 nm EM End WL: 600.0 nm Scan speed: 300 nm/min Delay: 0 sec EX Slit: 5.0 nm EM Slit: 5.0 nm PMT Voltage: 400 V Response: 0.08 sec Corrected spectra: Off Peak integration Integration method: Rectangular Sensitivity: 1 Threshold: 1.0000 1.柠檬酸络合法名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 图 3. 柠檬酸络合法合成的 谱峰数据如下表： 表 1. 柠檬酸络合法合成的ZnO 样品的发射光谱图ZnO 样品的发射光谱数据No. Start 〔nm> Apex 〔nm> End 〔nm> Height 〔Data> Area 〔Data*nm> Valley 〔nm> Valley 〔Data> 1 2 3 300 408.5 432.5 432.5 452.5 457.5 457.5 469 479.5 292.2 276.5 288.8 13073.228 6438.558 5838.086 432.5 457.5 479.5 228 259 210 4 5 479.5 490.5 484 494 490.5 600 217.3 206.3 2413.308 11179.707 490.5 600 200.4 15.45 由图 3 及所得数据可知,在波长为2.均相沉淀法图 4. 均相沉淀法合成的谱峰数据如下表：表 2. 均相沉淀法合成的410.0nm处显现最大峰；ZnO 样品的发射光谱图ZnO 样品的发射光谱数据名师归纳总结 No. Start 〔nm。
