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水热法生长ZnO纳米线及其表面修饰场发射特性研究
引言
ZnO纳米线因其独特的物理化学性质，在光电子学、生物医学、能源等领域中有着广泛的应用前景。其中，场发射特性是ZnO纳米线应用领域中的一个热点研究方向。本文主要介绍水热法生长ZnO纳米线及表面修饰对其场发射特性的影响研究进展。
ZnO纳米线的制备
水热法是一种常见的制备ZnO纳米线的方法，其具有制备简单、成本低、可控性好等优点。其中，以氧化锌为原料，在高温、高压下反应1~3小时，可制备出直径约为20~200nm的ZnO纳米线。反应条件与制备方法的具体操作步骤，如图1所示。
图1水热法制备ZnO纳米线的反应条件
ZnO纳米线的表面修饰
对于ZnO纳米线的表面修饰，这里主要介绍了金属氧化物、有机分子以及金属纳米颗粒等三种修饰方式对ZnO纳米线的表面影响。
金属氧化物修饰
将金属氧化物分散在ZnO纳米线表面，可以增加其光电化学性质。例如，在纳米ZnO表面沉积TiO2后，ZnO纳米线吸收紫外光谱的范围增加，能够有效提高其光催化性能。此外，通过调控ZnO纳米线与铈氧化物的摩尔比例，同时加入聚乙烯醇（PVA）模板，可制备出表面分散有CeO2的ZnO纳米线，这种结构能够有效提高ZnO纳米线的光电流密度。
有机分子修饰
有机分子修饰可以调节ZnO纳米线的形貌、大小和表面电性等性质。例如，在氢氧化钠的存在下，采用正丁醛作为表面修饰剂，可以制备出平均直径为25nm左右的ZnO纳米线，同时可以提高其场发射性能。此外，还发现表面修饰有机分子可以有效降低纳米线之间的电子束缚作用，从而改善纳米线的场发射性能。
金属纳米颗粒修饰
金属纳米颗粒修饰可以调节ZnO纳米线的光电性能，如调节其载流子密度、带隙宽度和PL光谱等。例如，在ZnO纳米线上结合镍纳米颗粒和氧化镁、氧化钙等物质，可以有效提高其场发射性能和荧光强度。
场发射特性的研究
ZnO纳米线的场发射特性是ZnO纳米线应用领域中的一个热点研究方向。研究发现，控制ZnO纳米线的生长方向、形貌和表面化学性质可以有效调控ZnO纳米线的场发射特性。例如，在ZnO纳米线中掺杂了微量的Ni后，使得纳米线的场发射电流大幅度增加30倍以上。此外，修饰剂对于ZnO纳米线的场发射特性也有重要影响。通过表面修饰有机分子，可以有效调控ZnO纳米线的表面电性质，从而改善其场发射性能。例如，在ZnO纳米线上采用正丁醛作为表面修饰剂，可以提高其场发射效率，同时可以稳定其场发射性能，降低电子束缚作用。
总结
本文简单介绍了水热法制备ZnO纳米线的方法和不同表面修饰方式对其光电性质的影响，同时着重讨论了表面修饰对于ZnO纳米线的场发射行为的调控作用。未来研究可以进一步研究不同表面修饰方式的优缺点，并对其场发射性能进行详细的探究。