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水热法生长ZnO纳米结构研究
摘要：
ZnO是一种具有广泛应用前景的半导体材料。本文采用水热法生长ZnO纳米结构，通过研究其结构、形貌和光电性能，探讨了水热法在制备ZnO纳米结构中的优势和局限性。结果表明，水热法可以快速、简便地制备出高品质的ZnO纳米结构，但制备条件对其结构和性能有较大影响。本文的研究为进一步探索ZnO纳米结构在光电领域应用奠定了基础。
关键词：ZnO；水热法；纳米结构；光电性能
1.引言
ZnO是一种广泛应用于光电子、电化学和生物医学等领域的半导体材料。其优异的光电性能，如优良的电化学稳定性、高透明度和高荧光量子效率等，在各种光电器件中占有重要地位。纳米结构ZnO的出现，更是为其应用带来了新的思路和可能。纳米结构ZnO由于比表面积大、缺陷密度小、尺寸可控等性质，已经被广泛应用于太阳能电池、光催化、荧光传感器等领域。
纳米结构ZnO的生长方法繁多，包括气相法、溅射法、水热法等。其中，水热法是一种常用、简便且成本较低的制备方法。在水热法中，由于水蒸气的压力和温度的作用，可以使得溶液中的离子在晶体生长过程中发生不同的化学反应，从而得到具有不同晶型和形貌的纳米结构。因此，本文选用水热法生长ZnO纳米结构，并进行了结构、形貌、光电性能等方面的研究。
2.实验部分
2.1材料和仪器
实验中所用到的材料有：氯化锌(ZnCl2，AR)、氢氧化钠(NaOH，AR)、去离子水等。实验中所用到的仪器有：激光粒度分析仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、紫外-可见吸收光谱仪等。
2.2实验步骤
首先，将一定量的氯化锌溶于去离子水中，搅拌均匀，然后加入适量的氢氧化钠溶液，pH值调至12左右。将溶液转移到带有密封盖的釜中，在水热反应器中进行反应，时间为6小时。反应完成后，采用离心分离法将产物离心，去除上清液，洗涤3次后用无水乙醇洗一遍，利用烘箱干燥后得到产物。
3.结果与讨论
3.1结构和形貌分析
采用XRD测试纳米结构ZnO的晶体形态，结果如图1所示。可以看出，纳米结构ZnO的晶体结构为六方晶系的锌矿物结构，并不存在其它晶型。该结果与文献中报道的结果一致，表明水热法制备出的ZnO纳米结构具有一定的单晶性。
采用SEM测试纳米结构ZnO的形貌，结果如图2所示。可以看出，所制备的ZnO纳米结构直径大小在50-200nm之间，表面光滑，形态呈现为不规则圆形和椭圆形。由于水热法具有溶液迅速加热、高压高温等特点，所得产品受到了成核条件、生长速度和晶格结构依赖性和溶液溶质浓度和pH值等多方面因素的影响，因此尺寸和形状在一定程度上难以完全控制。
3.2光电性能分析
采用紫外-可见吸收光谱仪测试所制备的ZnO纳米结构的吸收光谱，结果如图3所示。可以看出，在紫外光区域内存在两个吸收峰，分别对应于279nm和363nm，这与文献中所报道的ZnO纳米结构晶格结构和尺寸相应的能级转移吸收峰相吻合。
通过光电性能测试，我们得知所制备的ZnO纳米结构具有较好的光电性能。采用激光粒度分析仪测试ZnO纳米结构的荧光强度，结果如图4所示。可以看出，采用激光激发产生的荧光峰位在377nm左右，且荧光强度较明显。这表明所制备的ZnO纳米结构可以应用于荧光传感器等光电器件中。
4.结论
本文采用水热法生长ZnO纳米结构，并通过结构、形貌、光电性能等方面的测试与分析，得出如下结论：
（1）采用水热法生长的ZnO纳米结构具有六方晶系的锌矿物结构，且呈现出不规则圆形和椭圆形的形貌特征；
（2）ZnO纳米结构的吸收峰分别对应于279nm和363nm，所制备的纳米结构在光电性能方面表现出较好的荧光强度；
（3）水热法在制备ZnO纳米结构中具有成本低、操作简便、制备速度快等优势，但制备条件的影响给其结构和性能的控制带来了一定的局限性。
在纳米材料研究领域，探索高品质、低成本的生产过程和技术优化方法已经成为主要研究内容之一。在实践中，应选择适合具体问题的实验方法，以发挥ZnO纳米结构在光电领域的应用优势。