专利名称：一种研究氧化锌纳米材料原位生长过程的方法
技术领域：
本发明涉及一种无机功能纳米材料原位生长过程的研究，特别涉及一种采用高精 度、高灵敏度的RD496-2000微热量计研究绿色法合成氧化锌的原位生长过程的方法。
背景技术：
氧化锌(S1O)是一种重要的宽禁带半导体材料，带宽可达3. 37eV，有很大的激子 束缚能(60meV)，具有优良的化学性质和热稳定性及良好的发光、光电转换等性能，使得其 在众多领域有着广泛的潜在应用，例如可以用于发光材料、光电转换材料、涂料及日用化工 材料，可以用来制造风光电极、变压器和多种光学装置。同时SiO还是一种生物安全和生物 相溶性良好的材料，可以用于生物医药的载体或生物传感器等。纳米材料由于具有量子尺 寸和宏观量子隧道效应等而显示特殊的光、电、磁和催化性能，引起了人们极大的兴趣，其 制备和性能的研究已经成为当前材料科学中十分活跃的领域，而材料的性能与粒子的大小 和形貌密切相关。有关ZnO纳米材料的合成已有很多报道，包括物理溅射沉积法、化学气相 沉积法、电化学合成法、热蒸发、金属有机气相外延(MOVPE)技术，激光法，微乳液法、溶剂 热合成、水热合成与模板合成法等，合成出了 SiO的纳米线、纳米棒、纳米带、纳米管、纳米 环、纳米弓、纳米花、纳米片等等。目前，研究纳米材料的生长过程主要有以下几种方法(1)用经典的结晶动力学 理论来研究纳米材料生长[Sugimoto T, Kimijima K. Journal of Physical Chemistry B. 2003;107;10753-9]，即在一定条件下对所合成的纳米材料进行终态(或中间态)检 测，表征形态、结构、组成和物性，由检测结果进行分析，探索可控合成的生长条件，研 究生长机理和生长动力学[郭敏，刁鹏，王新东，蔡生民.北京科技大学学报.2007 ；7 ； 735-8+749] ； (2)用电镜原位研究纳米材料生长过程[a)Zhang XZ, Zhang JM, Chen L， Xu J, You LP, Yu DP. AppliedPhyscis A =Materials Science & Processing. 2008 ;92 ； 669-672. b)Stach FA, Pauzuskie PJ, Kuykendall T, Goldberger J, He RR, Yang PD. Nano Letters.2003 ；3 ；867-9. c) Radisic A, VereeckenPM,Hannon JB,Searson PC,Rss FM. Nano Letters. 2006 ；6 ；238-42. d) Chou YC, Wu WW, ChengSL, Yoo B-Y, Myung N, Chen LJ, Tu KN. Nano Letters. 2008 ；8 ；2194-9. ] ； (3)用扫描隧道显微镜实时观测纳米材料生长[a) Skutnik PD, Sgarlata A, Nufris S, Motta N, Balzarotti A. PhysicalReview B.2004 ； 69 ；201309. b)Zell CA, Freyland W. Langmuir. 2003 ；19 ；7445-50. ] ； (4)用椭圆偏振诊断 技术对纳米材料的生长动力学、性质进行在线监测[Logothetidis S，Gioti M，Patsalas P. Diamond and Related Materials. 2001 ；10 ；117-24. ] ； (5)用同位加速器 X 射线吸收原 位观测纳米结构成核以及生长过程[Lngham B, Llly BN, Ryan MP. Journal of Physical Chemistry C. 2008 ；112 ；2820-4. ] ； (6)用紫外光谱(UV)吸收对纳米簇生长过程进行实 时在线动力学石if究[Mercado L, Castro W, Vicuiia Ε, Briano JG, Ishikawa Y, Irizarry R, SolaL, Castro ME. International Conference on Computational Nanoscience and Nanotechnology-ICCN. 2002 ；439-42. ] ； (6)用石英晶体微天平结合原位X射线光电子能谱对纳米结构的生长速率进行在线监测[Chelly R,fferckmann J,Angot T,Louis P,Bolmont D, Koulmann JJ. Thin SolidFilms. 1997 ；294 ；84-7.]。以上这些方法存在的问题是不能用通常的生长参数(温度、浓度等)描述纳米材 料非平衡生长过程的瞬时变化动态精细信息。即无法用通常的某种参数跟踪描述纳米材 料生长的全过程，包括化学反应、成核生长和形貌演化的热力学信息、动力学信息及生长机 理，无法说明生长过程的不同与最终形貌不同的必然联系，在很多情况下对生长机理的解 释只是推测的结果。如用XRD研究纳米粒子的生长动力学，仅对球形粒子适用而且不能同 步跟踪；电镜原位研究纳米材料生长是在电镜监测所需要的特殊条件下进行的，与通常纳 米材料的生长实际环境完全不同，不能够应用于普遍的纳米材料生长过程研究。另外，原位 电镜法虽然能直观观察纳米材料的生长演变过程，但仍然不能获得纳米材料非平衡生长过 程中粒子间相互作用的热力学信息和动力学信息；用扫描隧道显微镜能从原子、分子水平 上进行纳米材料生长机理的研究，也不能获得纳米材料生长过程中粒子间相互作用的热力 学信息和动力学信息，另外，所需设备昂贵、条件苛刻，不能用于通常条件下的纳米材料生 长过程研究。
发明内容
采用高精度、高灵敏度的RD496-2000微热量计对由氯化钠溶液、氧气与锌片反应 合成氧化锌的原位生长过程进行研究，获得整个反应过程的热谱曲线。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现将两种反应物分别置于自制规格的玻璃内、外套管中，在RD496-2000微热量计中 反应，由仪器记录反应全过程的热谱曲线，结合产物的电镜图片研究纳米材料的原位生长机理。与现有技术相比，本发明具有以下特点1、本发明中氧化锌的原位生长研究采用的是微量热法，该方法能自动化地在线监 测体系变化过程，能同时提供过程热力学信息和动力学信息。2、本发明在RD496-2000微热量计中进行，能高精度精细地控制纳米体系的环境 条件；对体系的溶剂性质、光谱性质和电学性质等没有任何条件限制。3、本发明可广泛应用于其他无机功能材料原位生长过程的研究。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，实施例的描述仅为便于理解本发 明，而非对本发明保护的限制。实施例11)、将剪好的锌片装入直径1. 2cm、高6. 5cm的大玻璃样品池中，取少量氯化钠溶 液装入直径1. Ocm、高4. 5cm的小玻璃样品池，用小样品池收集氧气待氧气充满后用密封 膜封住，将小样品池套入大样品池中，用密封膜封住大样品池口，再将大样品池放入不锈钢 反应池中，然后将不锈钢反应池放入RD496-2000微热量计中，待基线稳定后将小样品池捅 破，设定26°C，样品在量热仪中反应33000秒，通过微量热计记录热电势的变化，获取氧化 锌原位生长的热谱曲线；
2)、利用电镜技术表征液相中离心、清洗处理后的氧化锌以及锌片上生长的氧化 锌；4)、将得到的的电镜图片与热谱曲线进行结合，研究其生长机理。
图1为本发明实施例1所得到液相中生长的氧化锌纳米材料的X-射线衍射图 (XRD)图2为本发明实施例1中锌片上生长的氧化锌的扫描电镜图；图3为本发明实施例1中液相中生长的氧化锌的扫描电镜图；图4为本发明实施例1中获取的热谱曲线图。
权利要求
1.一种研究氧化锌纳米材料原位生长过程的方法，其特征在于该方法是采用高精 度、高灵敏度的RD496-2000微热量计对氧化锌的原位生长动态进行实时在线监测，获取氧 化锌生长过程的热动力学信息。
2.与电镜表征技术相结合，研究氧化锌生长过程的热动力学和生长机理。
3.基于权利要求1，该方法的研究对象为由氯化钠溶液、氧气、锌片合成氧化锌的原位 生长过程。
全文摘要
本发明提供了一种研究氧化锌纳米材料原位生长过程的方法，将少量氯化钠溶液装入直径1.0cm、高4.5cm的小玻璃样品池中，用该小样品池收集整管氧气后密封，将剪好的锌片装入直径1.2cm、高6.5cm的大玻璃样品池中，立即把小样品池套入大样品池中后密封大样品池，再将大样品池放入不锈钢反应池中，然后将不锈钢反应池放入RD496-2000微热量计中，待基线稳定后将小样品池捅破，通过微热量计实时记录热电势的变化来获取氧化锌生长过程的热动力学信息，与电镜表征技术相结合，从而研究其生长过程的热动力学和生长机理。
文档编号B82Y40/00GK102120604SQ20101060258
公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者王腾辉, 王路得, 郭云霄, 黄在银 申请人:广西民族大学