溶胶_凝胶法制备二氧化锡薄膜
溶胶2凝胶法制备二氧化锡薄膜
潘庆谊 张剑平 董晓雯 程知萱 施利毅
(上海大学理学院化学系,上海 200072)
摘 要 以无机物(SnCl
4
?5H2O)为前驱物采用溶胶2凝胶技术、浸渍涂布法制备二氧化锡薄膜。研究了凝胶的脱水与晶化过程,得到经600℃热处理后凝胶晶化完整。同时对不同粘度的涂布液与成膜厚度以及不同提拉速度与成膜厚度的关系进行研究,得到较好的直线关系。膜厚与提拉速度的关系式为t≈V0158。
关键词 溶胶凝胶法 二氧化锡 薄膜 厚度
1 引言
二氧化锡(SnO2)薄膜具有高导电率、高透明度、化学性能稳定等独特的优点,广泛应用于光电材料、太阳能电池、气体传感器等方面。可做透明电极、带电防护膜、微波反射膜等[1,2]。二氧化锡薄膜的性能依赖于制备方法。采用喷涂、C VD、电蒸发、溅射等方法制备二氧化锡薄膜等工作已有不少报道[3],它们各有优点,但均需昂贵的设备。采用溶胶2凝胶技术制备二氧化锡薄膜,既具有低温操作的优点,又可严格控制掺杂量的准确性,而且还克服了其它方法在制备较大面积薄膜时的困难,因此该法方法简单,易于实施[2]。
本研究以无机物四氯化锡(SnCl4?5H2O)为前驱原料,加入少量溶胶作助剂,采用溶胶2凝胶技术制备纳米级二氧化锡凝胶。再加入粘合剂,以浸渍涂膜法,制备二氧化锡薄膜,研究该凝胶的脱水和结晶过程及二氧化锡薄膜形成过程中膜厚与凝胶的粘合及与提拉速度的关系,并对影响薄膜质量的因素进行了讨论。
2 实验方法
211 纳米SnO2凝胶的制备
以分析纯四氯化锡为前驱体,在室温下用去离子水配成015m ol?L21的溶胶,控制一定的搅拌速度,滴加2m ol?L21氨水及少量溶胶形成助剂表面活性剂,使溶液pH=7,形成良好溶胶。在40℃恒温静置获得凝胶[4]。
212 二氧化锡薄膜的制备
以倾滤法将上述所得凝胶洗净,离心分离,加入不同量的成膜助剂PVC及去离子水,用超声波振荡器充分分散,使之形成成膜凝胶涂布液。
用载玻片(600mm×200mm)为基板,在涂布液中浸渍,以不同速度提拉,载玻片上即得二氧化锡的凝胶膜。烘干后,以不同热处理温度烧成二氧化锡薄膜。以称重法计算膜厚,并用SE M进行核对。
213 表征及成膜因素研究
以国产LCT22型热分析仪对干凝胶(dry2gel)进行TG2DT A分析,以FT/TR1725型红外分光光度计对干凝胶及不同温度热处理所得样品进行分析,以D/max-RC型XRD进行物相分析。用国产DX-5型扫描电镜对膜厚与膜质量进行研究,对膜形成过程进行分析。
3 结果与讨论
311 干凝胶的脱水与晶化
图1所示为干凝胶的TG2DT A图谱。图2所示为红外光谱图。由图1可见,室温至200℃的吸热峰为脱去物理吸附水吸热所致,对应的TG曲线有一较明显的失重,在接近200℃时,在DT A曲线上出现一个小而较尖锐的吸热峰,在这一温度区域TG曲线比较平缓,可以认为这一吸热峰是由凝胶的晶化引起;在250℃～400℃有二个较大的吸热峰,可能由于少量添加助剂的分解以及样
6
品脱去粒子表面吸附OH 基所致;在400℃以后出现一个平缓的放热峰,对应TG 曲线平缓下降,可以考虑为由于SnO 2的晶化逐渐完整过程中的放热效应所致
。
图1
干凝胶的TG 2DTA
图2 样品红外光谱
如图2所示,在波数为3000cm 21～3800cm 21区域的吸收峰为OH 基的伸缩振动所致;在1600cm 21左右处的吸收峰为物理吸附水的O 2H 键的变形振动吸收峰;1400cm 21处为助剂中有机基团的振动吸收峰;500cm 21～700cm 21处是SnO 2的Sn -O 键的振动吸收峰。在干凝胶的IR 曲线a 可见Sn 2O 键的振动吸收峰的存在,随着热处理温度升高,此峰相对强度增加。1400cm 21处有机基团振动峰及
1650cm 21处吸收峰在400℃热处理下基本消失(曲线b ),而3000cm -1～3800cm -1处的OH 基伸缩振动吸收峰在400℃热处理尚有一定强度,至600℃热处理才消失,说明400℃热处理,粒子表面结合的OH 基尚未脱附完毕,至600℃热处理,此峰才消失(曲线c )。因此在TG 曲线上400℃以上尚有一个缓缓下降的平台。根据热分析及红外光谱分析,在600℃热处理后得到晶化完整的纳米级SnO 2晶粒。以XRD 法对600℃热处理后的样品
进行分析,可确认用本实验方法合成所得样品为
SnO 2(图略)。并根据Scherrer 公式利用X 衍射峰
的宽化算得粒子在20nm 左右。312 成膜过程
薄膜的厚度主要由涂布液中SnO 2含量、涂布液的粘度以及基板的提拉速度等三项因素所决定,因此在考察SnO 2含量的基础上我们对凝胶的粘度即成膜助剂PVA 的添加量进行研究。PVA 的添加量小,凝胶膜在晾干后就会龟裂,而添加过
量则凝胶涂布液的粘度过高,不仅引起凝胶膜产SnO 2凝胶块状物,而且在搅拌过程中产生大量气泡,凝胶膜厚度不均匀且含有气泡。经过反复实验,PVA 的适宜添加量为2%～5%。在
此范围内,将含量分别为514wt %、410wt %、
310wt %的SnO 2凝胶加入PVA ,制成涂布液,载玻片以一定速度提拉并经500℃加热得SnO 2膜。在上述PVA 的适宜添加量范围内,以不同含量PVA 配制的凝胶涂布液,成膜厚度与涂布液粘度之间的对数成较好直线关系(图3)。
●含514wt %SnO 2 ◆含410wt %SnO 2 ▲含310wt %SnO 2
图3 涂布液粘度对成膜厚度的影响
同时,以SnO 2含量为514wt %、添加一定量
PVA 配制成的涂布液,以不同的提拉速度提拉成凝胶膜,在500℃加热成膜,其膜厚度与提拉速度之间的对数成较好的直线关系(图4),而且直线斜率分别为01580、0158、0156。根据有关浸渍涂布的研究,膜厚度t 与提拉速度V 之间存在以下
关系:t =k (ηυ/pg )1/2。其中η为涂布液粘度,p 为
涂布液密度,g 为重力加速度,k 为常数。以溶胶2凝胶法制备成膜时,lgt ～lgv 所成直线斜率一般0153～0164之间[5]。
本研究的结果可见,lgt ～lg
η呈较好直线关系,而lgt ～lgv 形成的直线关系,其斜率在0158～
7
□5times △3times ●ltimes
图4 提拉速度与膜厚的关系
0156,均在文献[4]所指出的范围内,因此采用本
研究方法制得的膜厚,可以通过调节凝胶中SnO 2
的含量以及提拉成膜速度来很好地控制,浸渍涂
布法制备的SnO 2薄膜的膜厚与提拉速度间关系式约为t ≈V 0158。
313 成膜厚度与质量
在以无机物为前驱体、采用溶胶2凝胶技术以浸渍涂布法制备二氧化锡薄膜过程中,由于溶胶形成过程中需要加入少量表面活性剂作为溶胶形成助剂,如在加热成膜过程中表面活性剂残留量过高、成膜冷却过程内应力的增加都会导致薄膜龟裂(图5(a ))。因此,有效控制助剂添加量,以及调节冷却过程是十分重要的。图5(b )为经过适当控制助剂添加量及冷却过程所得膜,其表面质量明显优于前者。图5(c )为二氧化锡薄膜的截面的SE M 像,其膜厚在1000～2000nm 之间,且致密性良好
。
(a )(b )(c )
图5 成膜图
4 小结
以无机物为前驱体,采用溶胶2凝胶技术制成
凝胶涂布液,以浸渍涂布法制备得到纳米级厚度的二氧化锡薄膜。调节凝胶中SnO 2含量,以及提拉成膜速度可以很好地控制二氧化锡的成膜厚度。膜厚与提拉速度之间关系约为t ≈V 0158。
参考文献
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Films ,1980,74:117～127
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Preparation of SnO2Thin Films by Sol2G el Method
Pan Qingyi Zhang J ianping Dong Xiaowen Cheng Zhixuan Shi Liyi
(Department of Chemistry,School of Science,Shanghai University,Shanghai 200072)
Abstract The SnO2thin films were prepared by S ol2G el technique and dip2coating method using colloidal particles derived from an inorganic salt(SnCl4?5H2O)as precurs or1Well2crystallized SnO2thin films were obtained about600℃after dehydration1When the content of SnO2and the pulling rate are fixed there is a well linear relation2 ship between the thickness of SnO2thin films and the different viscosities of the dipping s olutions1And when the content of SnO2and PVA used as viscosity adjustment agent are fixed there is als o a well linear relationship between the thickness of SnO2thin films and the pulling rates1The mean slope of the straight lines is0158,which is well in line with the reported scale1The thickness(t)of SnO2thin films and the pulling rates(v)of substrates from dipping s olutions were correlated with an expression of t≈V0158.
K eyw ords s ol2gel method tin oxide thin film thickness
(上接第5页)
Experimental Study on the Permeability of D2through
H ollow G lass Microspheres with H igh Aspect R atios
Qiu Longhui Wei Y un Fu Y ibei Tang Y ongjian Y uan Y uping Shi Tao
(Institute of Nuclear Physics and Chemistry,C AEP,M ianyang 621900)
Abstract T o test the ability to retain D2of hollow glass microspheres(HG M)with high aspect ratios and to calculate the left pressures of D2inside which varied with time and tem perature,6kinds of HG M,am ong which3 kinds had different com ponents and the other3kinds were their washed counterparts,were filled with D2at573K by three steps and then kept at290K in three groups.The pressures of D2inside them were then measured by bubble method at0h,72h and144h respectively.Then the permeabilities of D2through each kind HG M at573K and290K and the apparent activation energy were obtained experimentally.And the D2retention half2lives in the6kinds of HG M were formulated with the tem peratures,HG M’s diameter and wall2thickness and the apparent activation ener2 gy.
K eyw ords laser fusion target hollow glass microsphere permeability of D2 formula of gas retention half2 life
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溶胶凝胶法制备纳米材料
利用溶胶凝胶法制备纳米材料的基本原理学院:材料学院班号：1109102 学号：1110910209 姓名：袁皓 摘要：本文介绍了纳米材料的性能用途以及制备方法，主要是新兴的制备纳米材料低温工艺——溶胶凝胶法，在文中详细说明了溶胶凝胶法的类型和特征，重点描述了利用溶胶凝胶法制备纳米材料的类型，基本原理以及简略的操作流程。 关键词：纳米材料溶胶凝胶基本原理 一溶胶凝胶法的基本原理 溶胶凝胶(sol-gel)法是一种制备超细粉末的一种湿化学法，它是以液体的化学试剂配制成金属有机或无机化合物或者是金属醇盐前驱物，前驱物溶于溶剂中形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解或是醇解反应，反应生成物在液相下均匀混合，均匀反应，生成稳定且无沉淀的溶胶体系，放置一段时间后或是干燥处理溶胶之后转变为凝胶，在凝胶中通常含有大量的液相物质，需要利用萃取或蒸发除去液体介质，并在远低于传统的烧结温度下热处理，最后形成相应物质化合物粉体,利用溶胶凝胶法还可以制备其他形态的材料包括单晶、纤维、图层、薄膜材料等。 表2-1 对于制备纳米材料的溶胶凝胶法类型和特征 1.1 溶剂化 能电离的前驱物－金属盐的金属阳离子M z+吸引水分子形成溶剂单元(M(H2O)n)z+(z 为M 离子的价数)，为保持它的配位数而具有强烈的释放H＋的趋势。 (M(H2O)n)z+==(M(H2O)n-1(OH))(z-1)++H＋ 1.2 水解反应 非电离式分子前驱物，如金属醇盐M(OR)n(n 为金属M 的原子价，R 代表烷基)，与水反应，反应可延续进行，直至生成M(OH)n。 M(OR)n＋xH2O→M(OH)x(OR)n-x+xROH 1.3 缩聚反应 可分为失水缩聚：-M-OH+HO-M→M-O-M-+H2O 失醇缩聚：-M-OR+HO-M→-M-O-M+ROH
溶液-凝胶法制备ZnO薄膜
2010级工程实践研究报告 项目名称：溶液凝胶法制备ZnO薄膜及其光电性能 研究 所在专业：应用物理10级 导师姓名：李旭 成员姓名：杜发洪杜沫瑶肖品诚乔严明 谭勇邓鹏辉阳熊 提交日期：2013年01月
溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜及其光电性能研究 摘要 宽禁带ZnO半导体为直接带隙材料，具有六方纤锌矿结构，较高的激予束缚能(60meV)，室温下带隙宽度为3．3eV。高质量的外延ZnO薄膜的制备己成为宽禁带半导体集成器件的关键技术。ZnO不仅是继GaN之后紫外发射材料研究的又一个研究热点，而且近年来ZnO薄膜作为ITO薄膜的很有发展前景的替代材料，正引起人们日益广泛的关注。掺杂Al的ZnO(AZO)薄膜，由于具有与ITO薄膜相比拟的对可见光的高透过率和高电导，又因其在氢等离子体的高稳定性等优点，已成为替代ITO透明导电薄膜的研究热点。 制备ZnO薄膜的方法有很多如溅射、化学气相沉积、脉冲激光沉积、分子束外延、溶胶一凝胶法等等，然而从实际应用的角度，这些方法大多需要真空设备，成本相对较高。而溶胶一凝胶法则避免了这点，并能在各种基片上制备均匀掺杂的薄膜。本论文研究了在载玻片和si基片上，溶胶一凝胶法工艺条件对薄膜的结晶、取向状况以及薄膜形貌等的影响，并探讨了溶胶一凝胶法制各ZnO 薄膜过程中，工艺条件对其性能的影响，以此改善工艺条件来优化薄膜结构。还研究了掺A1的ZnO薄膜的结构性能与电阻率、透射率之间的关系。 关键词：溶胶一凝胶法；ZnO薄膜；AZO薄膜；C轴择优取向：电阻率
1引言 氧化锌(ZnO)属于六角晶系6mm点群，具有纤锌矿结构，是一种新型的II 一Ⅵ族宽禁带半导体材料。氧化锌的优越性能主要是强烈的紫外吸收和低阀值高效光电特性，显著的量子限域效应，紫外激光发射以及压电、光催化以及载流子传输等方面的性质。因而氧化锌薄膜在半导体光电器件的集成和微型化领域占有重要的地位【1】。 最近30多年来围绕着氧化锌薄膜的晶体结构、物化性能、成膜技术以及相关的器件开发等展开了广泛且深入的研究，使得它的各项性能和应用都获得了显著的进展。许多应用氧化锌薄膜制作的电子器件已经得到了广泛的应用，比如在SAW(Surface Acoustic Wace，声表面波)器件上ZnO薄膜的应用，以及在透明电极、光电器件、蓝光器件等方面也有很大的应用潜力【2】。在室温下高质量ZnO 薄膜紫外激射的实现，使其成为一种理想的短波长发光器件材料，使这一领域倍受科研人员的重视。 掺杂A1“的氧化锌薄膜(AZO薄膜)是一种很有前景的材料，可以有效的取代透明导电薄膜ITO，用于太阳能电池(主要用作透明电极和窗口材料)，等离子体显示器以及建筑玻璃、汽车玻璃、冰柜玻璃等民用方面。目前，已经研究开发了许多ZnO薄膜的生长技术，有真空蒸发镀膜法、溅射镀膜法、射频反应离子镀膜法、喷射热解法、化学气相沉积法、脉冲激光沉积法、溶胶一凝胶法等方法。 除了溶胶一凝胶法外，这些技术大多需要真空设备，生产成本高，不易实现工业化生产。溶胶一凝胶法是从纳米单元开始，在纳米尺度上进行反应，最终制备出具有纳米结构特征的材料，是制备纳米材料的特殊工艺。并且，溶胶一凝胶法制备纳米材料，具有工艺简单、易于操作、成本低的特点，己成为制备ZnO 薄膜的一种极受欢迎的化学制膜方法，且越来越受到人们的关注【3】。 以下将就ZnO的晶体结构和基本性质、制备方法及研究应用等方面做简要介绍
溶胶-凝胶法在制备纳米材料方面的应用资料讲解
溶胶-凝胶法在制备纳米材料方面的应用
溶胶-凝胶法在制备纳米材料方面的应用 前言 纳米科技是一个跨学科的研究与开发领域，涉及纳米电子学、纳米材料学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工及表征等。纳米材料的合成与制备一直是纳米科学领域内一个重要的研究课题，新材料制备工艺过程的研究与控制对纳米材料的微观结构和性能具有重要的影响。最早是采用金属蒸发凝聚"原位冷压成型法制备纳米晶体，相继又发展了各种物理、化学方法，如机械球磨法、非晶晶化法、水热法、溶胶-凝胶法等 溶胶-凝胶法是上个世纪6、70年代发展起来的一种制备无机材料的新工艺，近年来多被用于制备纳米微粒和薄膜。溶胶-凝胶法具有反应条件温和通常不需要高温高压，对设备技术要求不高，体系化学均匀性好，可以通过改变溶胶-凝胶过程的参数裁剪控制纳米材料的显微结构等诸多优点。不仅可用于制备超微粉末和薄膜，而且成功应用于颗粒表面包覆，成为目前合成无机纳米材料的主要技术，引起了材料科学技术界的广泛关注，是一个具有挑战性和应用前景非常广阔的领域。 1.溶胶-凝胶法的工艺原理： 溶胶凝胶法的工艺原理是：以液体化学试剂配制成金属无机盐或金属醇盐的前驱体，前驱体溶于溶剂中形成均匀的溶液（有时加入少量分散剂）加入适量的凝固剂使盐水解、醇解或发生聚合反应生成均匀、稳定的溶胶体系，再经过长时间放置（陈化）或干燥处理使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分、最后得到无机纳米材料。因此，也有人把溶胶凝胶法归类为前驱化合物法。
根据原料的不同，溶胶凝胶法一般可分为两类，即无机盐溶胶凝胶法和金属醇盐水解法。 （1）在无机盐溶胶凝胶法中，溶胶的制备是通过对无机盐沉淀过程的控制，使生成的颗粒不团聚成大颗粒而生成沉淀，直接得到溶胶；或先将部分或全部组分用适当的沉淀剂沉淀出来，经解凝，使原来团聚的沉淀颗粒分散成胶体颗粒溶胶的形成主要是通过无机盐的水解来完成。反应式如下 （2）金属醇盐水解法通常是以金属有机醇盐为原料 ! 通过水解与缩聚反应而制得溶胶’首先将金属醇盐溶入有机溶剂 ! 加水则会发生如下反应： 式中M为金属R为有机基团，如烷基。经加热去除有机溶液得到金属氧化物材料。 2.溶胶-凝胶法的工艺过程： 溶胶凝胶法制备无机纳米材料过程主要包括5个步骤 （1）均相溶液的制备：溶胶凝胶法的第一步是制取包含醇盐和水均相溶液，以确保醇盐的水解反应在分子级水平上进行。在此过程中，溶剂的选择和加入量是关键。 （2）溶胶的制备：在溶胶凝胶法中，最终产品的结构在溶胶形成过程中即已初步形成，后续工艺均与溶胶的性质直接相关，因此溶胶制备的质量是十分重要的。有两种方法制备溶胶，一是先将部分或全部组分用适当沉淀剂先沉淀出来，经解凝，使原来团聚的沉淀颗粒分散成原始颗粒。这种颗粒的大小一般在
氧化锌制备方法
将mol·L-1的NaOH乙醇溶液缓慢滴加到含有mol·L-1的Zn(NO3)2·6H2O乙醇溶液中. 将混合溶液转移至高压反应釜中, 在130℃下反应12 h, 将反应产物经二次去离子水、乙醇等洗涤后, 在130 摄氏度下干燥,即可获得纯ZnO纳米棒. 在 ZnCl2 溶液 mol/L) 中加入一定量的 SDS, 搅拌下于 65 ℃将 Na2CO3 溶 液滴加到该溶液中 (120 滴/min, n(Na 2CO 3 )/n(ZnCl2) = 2),恒温反应 h. 将反 应液倒入聚四氟乙烯罐中, 在150~160 ℃进行水热反应 12 h, 自然冷却后离心分离, 用去离子水洗涤到无水Cl?离子, 再用无水乙醇洗涤 2~3 次, 50 ℃真空干燥 2 h, 300 ℃焙烧 3 h, 即制得 ZnO 纳米管. 将0. 1 L0. 1 mo l/ L二水合醋酸锌的乙醇溶液置于带冷凝管和干燥管的0. 5 L 圆底烧瓶中, 在80 ℃搅拌3 h, 不断收集冷凝物, 最后可获得0. 04 L 中间物和0. 06 L 冷凝物. 将中间物迅速用冷的绝对乙醇稀释至0. 1 L, 冷至室温, 得0. 1 mol/ L 中间产物. 氨水沉淀法制备纳米氧化锌 在水——乙醇介质中用氨水沉淀法制备出了纳米Zn（OH） 2 和ZnO材料，讨论了介质组成对沉淀产物ZnO微粒的粒径范围及形貌的影响，并研究出由Zn(OH)2分解为纳米ZnO的最佳干燥脱水条件为200℃、2h。表明本方法不需高温处理就可得到颗粒均匀且分布窄的ZnO纳米材料，粒径可达17～6nm。 一、试剂与仪器 主要原料为氯化锌、无水乙醇、氨水等，均为分析纯试剂。 仪器为微型滴定管、磁力搅拌器、恒温干燥烘箱。 二、试验方法 以水——乙醇为溶剂，其中醇的体积含量分别为0%（去离子水）、20%、60%、100%。将氯化锌、氨水配制成不同浓度的溶液（不同浓度是多少）。取一定体积（一定体积是多少）的氯化锌乙醇溶液于烧杯中，加以适当速度搅拌，不同浓度的氨水从微型滴管中缓慢滴入氯化锌乙醇溶液中，使之进行反应。控制氨水用量，调节pH值为左右，确定滴定终点。反应得到的白色沉淀物，经抽滤洗涤后自然风干 即为Zn（OH） 2纳米粉，Zn（OH） 2 经干燥（200℃、2h）脱水后，为ZnO纳米粉
试验题目材料专业试验—溶胶凝胶法制备陶瓷薄膜
专业实验（2） 一：溶胶凝胶法制备陶瓷薄膜 这是材料系设置的基础实验课。材料专业实验（2）要求针对材料领域的各种制备方法以及热处理方法进行自我设计，自我准备，完成工艺的全过程，并得到预期的实验结果，并结合理论知识，分析实验结果与制备工艺参数之间的关系。通过材料专业实验（2），让学生基本掌握常用的类制备方法或热处理工艺的原理和工艺过程，了解工艺过程对最终的结果的影响规律，进一步强化学生的理论知识，培养学生的实际动手操作能力，为其毕业设计做基础。 一、实验目的 1．了解溶胶-凝胶过程 2．掌握用溶胶-凝胶法制备薄膜的制备工艺与原理 二、实验要求 1、学生应该在讲义的基础上，先查阅相关文献，了解溶胶凝胶法概念及在材料制备方面的基本应用，了解该方法制备材料特别是陶瓷薄膜的一般流程和制备过程中的一些关键问题，以及制备过程中可能的影响因素。 2、学生可以制备讲义中给出的陶瓷薄膜ZnO，也可以自己决定制备的陶瓷薄膜材料（不过需要提前一周报知教师以方便准备实验药品），讲义中给出了ZnO陶瓷薄膜制备的一般流程和参考方案，学生可以自主调整参考方案中的各种参数如溶胶的浓度、粘度、匀胶机的转速、匀胶时间、热处理的温度及时间等，可以选择不同的基片、甚至选择用其他的涂膜方式如浸滞提拉法，最终目的是在基片上得到陶瓷薄膜样品。由于实验条件以及实验时间的限制，实验取消了最后一步热处理的过程，而且测试条件只是采用金相显微镜进行粗略的表面质量观测，另外，实验并不要求每个学生都能得到质量很好的样品，而是不同的同学选取不同的实验方案，相互之间要进行横向比较。 三、实验所需仪器设备 一台匀胶机及吸片用小型真空泵，一台可调温电炉，一台搅拌器，以及化学配备溶胶的一些玻璃器皿； 实验测试采用普通的金相显微镜进行粗略的表面质量观察。 四、实验原理 近代科学和生产发展使薄膜科学与技术成为新材料和新器件研发的重要领域。 薄膜的研究首先是从研究如何制作薄膜这种特殊形态材料开始的。传统上采用得较多的方法是真空蒸发法、溅射法和气相生长法等，但它们都存在一定的局限性。如真空气相沉积设备中的真空腔大小限制着生产元件的尺寸，溅射法由于薄膜材料与基片之间可能发生反应而导致产品污染等，薄膜生产价格昂贵。而溶胶-凝胶法不需要特别昂贵的设备，具有工艺过程简单，薄膜组分化学计量比容易控制，容易形成大面积的均匀膜等优点。因此越来越得到人们的重视和应用. 1、溶胶凝胶法 溶胶-凝胶法是60年代发展起来的一种制备玻璃、陶瓷等无机材料的新工艺，近年来许
ZnO合成方法
存档日期：存档编号: 北京化工大学 研究生课程论文 课程名称：纳米材料化学 课程代号：ACh530 任课教师：左胜利 完成日期：2011 年12 月8 日 专业：化学 学号：2011200989 姓名：李浩 成绩：
ZnO纳米材料的制备与应用 摘要 本篇综述从制备方法和应用领域出发，论述了制备ZnO纳米材料的一些常用方法如直接沉淀法、微乳液法、溶胶-凝胶法、模板法、水热合成法等，并简单介绍了氧化锌纳米材料在环境、食品、油漆涂料、橡胶、塑料、树脂、纺织品、化妆品等领域的应用。 关键词：ZnO纳米材料制备应用
目录 前言 (1) 第1章氧化锌纳米材料的结构与性质 (2) 1.1节氧化锌纳米材料的结构 (2) 1.2节氧化锌纳米材料的主要性质 (2) 第2章氧化锌纳米材料的制备方法及应用领域 (4) 2.1节氧化锌纳米材料的制备方法 (4) 2.2节氧化锌纳米材料的主要应用领域 (6) 结论 (8) 参考文献 (9)
前言 19世纪末到20世纪初，人类对微观世界的认识已经延伸到一定层次，时间上已经达到了纳秒、皮秒和微妙的数量级。随着研究的深入，20世纪70年代，人类开启了规模生产纳米材料的历史。纳米微粒狭义上是指有关原子团簇、纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜、纳米碳管、纳米固体材料的总称，而广义上则指晶粒或晶界等显微构造能达到纳米尺寸材料。该新型材料必将以其独特的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应及宏观量子隧道效应等性质在各个领域崭露头角。例如复合材料、大规模集成电路、超导线材料多相催化等方面的开发及应用。 近年来，纳米材料的合成方法及应用领域受到了研究者的广泛关注，TiO2、ZnO、CaF2、Al2O3纳米材料的研究成果及学术报告日益增多。尤其是与人们日益提高的生活质量戚戚相关的纳米氧化锌材料制备及应用。纳米氧化锌具有许多优良性能如压电性能、近紫外发射性、透明导电性、生物安全及适应性等，使其在非标柴油有害物质吸收、抑制食品污染菌、抗紫外线、压电材料、紫外光探测器、场效应管、表面声波、胎压、太阳能电池、气体传感器、生物传感器等领域有着广阔的发展前景而氧化锌复合材料的制备及研究也有着对人类生活不可估量的巨大作用。
纳米氧化锌的制备实验报告
纳米ZnO2的制备 实验报告 班级：应091-4 组号：第九组 指导老师：翁永根老师 成员：任晓洁 1428 邵凯 1429 孙希静 1432 【实验目的】 1.了解纳米氧化锌的基本性质及主要应用 2.通过本实验掌握纳米氧化锌的制备方法
3.对于纳米氧化锌的常见产品掌握制备原理和方法，并学会制备简易产 品。 4.通过本实验复习并掌握EDTA溶液的配制和标定，掌握配位滴定的原 理，方法，基准物质的选择依据以及指示剂的选择和pH的控制。 5.掌握基础常用的缓冲溶液的配制方法和原理。 6.加深对实验技能的掌握及提高查阅文献资料的能力。 【实验原理】 1. 超细氧化锌是一种近年来发展的新型高功能无机产品，晶体为六方结构，其颗粒大小约在1～100纳米。纳米氧化锌由于颗粒小、比表面积大而具有许多其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的特殊的性质，呈现表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点。近年来发现它在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能，使在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域有重要的应用价值，具有普通氧化锌所无法比较的特殊性和用途。纳米氧化锌在纺织领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。纳米氧化锌一系列的优异性和十分诱人的应用前景。 2. 纳米氧化锌的制备方法主要有：水热法，均相沉淀法，溶胶一凝胶法，微乳液法，直接沉淀法 3. 本工艺是将锌焙砂（主要成份是ZnO，主要伴生元素及杂质为铁，铜，铅，镍，铬，镍，此外，还含有其它微量杂质，因而用锌焙砂直接酸浸湿法生产活性氧化锌，必须利用合理的酸浸及除杂工艺，分离铅，脱铁、锰，除钙、镁等重金属）与硫酸反应，生产出粗制硫酸锌，加高锰酸钾、锌粉等，经过提纯得到精制硫酸锌溶液后，再经碳化母液沉淀，制得碱式碳酸锌，最后经烘干，煅烧制成活性氧化锌成品。 4. 氧化锌含量的测定采用配位滴定法测定，用NH3-NH4Cl缓冲溶液控 制溶液pH≈10,以铬黑T为指示剂，用EDTA标准溶液进行滴定，其主要反应如下： 在氨性溶液中： Zn2++4NH3?Zn(NH3)42+ 加入EBT（铬黑T）时： Zn(NH3)42++EBT（蓝色）?Zn-EBT（酒红色）+4NH3 滴定开始-计量点前： Zn(NH3)42++EDTA?Zn-EDTA+4NH3 计量点时： Zn-EBT（酒红色）+EDTA?Zn-EDTA+EBT（蓝色）
溶胶凝胶法制备材料
溶胶-凝胶法制备材料 摘 要：溶胶-凝胶法广泛应用于制备薄膜材料和粉体材料，其主要原理是将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分，最后得到无机材料。本文主要介绍了一些溶胶-凝胶法制备材料的发展历史，原理以及一些溶胶-凝胶法实际应用案例。 关键词：溶胶-凝胶法；纳米材料；陶瓷薄膜材料；掺杂；锂电池；包覆材料 溶胶-凝胶法发展过程：1846年法国化学家J.J.Ebelmen 用SiCl 4与乙醇混合后，发现在湿空气中发生水解并形成了凝胶。20世纪30年代W.Geffcken 证实用金属醇盐的水解和凝胶化可以制备氧化物薄膜。1971年德国H.Dislich 报道了通过金属醇盐水解制备了SiO 2-B 2O-Al 2O 3-Na 2O-K 2O 多组分玻璃。1975年 B.E.Yoldas 和M.Yamane 制得整块陶瓷材料及多孔透明氧化铝薄膜。80年代以来，在玻璃、氧化物涂层、功能陶瓷粉料以及传统方法难以制得的复合氧化物材料得到成功应用。 分类：溶胶-凝胶法按产生溶胶凝胶过程机制主要分成三种类型： (1)传统胶体型：通过控制溶液中金属离子的沉淀过程，使形成的颗粒不团聚成大颗粒而沉淀得到稳定均匀的溶胶，再经过蒸发得到凝胶。 (2)无机聚合物型：通过可溶性聚合物在水中或有机相中的溶胶过程，使金属离子均匀分散到其凝胶中。常用的聚合物有聚乙烯醇、硬脂酸等。(3)络合物型：通过络合剂将金属离子形成络合物，再经过溶胶，凝胶过程成络合物凝胶。 制备方法及原理：溶胶一凝胶科学技术是以金属醇盐为原料制作玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷以及其它功能无机材料的一种新工艺方法。溶胶-凝胶法制备材料的方法属于化学制备方法，溶胶-凝胶体的制备有3种途径：（1）溶胶溶液的凝胶化； （2）醇盐或硝酸盐前驱体的水解聚合，继之超临界干燥凝胶；（3）醇盐前驱体的水解聚合。 溶胶-凝胶法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中，然后经水解反应生成活性单体，活性单体进行聚合，开始成为溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶，经过干燥和热处理制备出纳米粒子和所需材料。其基本反应式为： ;)()()(424nHOR OH OR M O nH OR M n n +→+-水解： ;])()([)(22214-4O H O OH OR M OH OR M n n n n +→--）（缩聚：
溶胶凝胶法制备纳米薄膜材料
实验名称：溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜材料 纳米TiO2具有许多特殊功能,如良好的抗紫外线性能、耐化学腐蚀性能和耐热性、白度好、可见光透射性好以及化学活性高等。TiO2纳米材料还具有净化空气、杀菌、除臭、超亲水性等功能,已广泛应用于抗菌陶瓷,空气净化器、不用擦拭的汽车后视镜等领域,20世纪80年代末纳米发展起来成为主要的纳米材料之一。研究表明,紫外线过量照射人体,会使人的记忆力减退、反应迟钝、视力下降、易失眠等影响。在玻璃上负载TiO2膜可以有效地吸收紫线。本次实验利用溶胶凝胶法制备TiO2纳米薄膜材料，在一定程度上是对TiO2在实际生活中应用的尝试。 一.实验目的 1.了解溶胶-凝胶法制备纳米薄膜材料的应用。 2.掌握溶胶-凝胶法制备纳米薄膜材料的原理以及实际应用。 3.掌握XRD颜射原理以及实际操作技能。 4.掌握根据X-射线衍射图分析晶体的基本方法。 二．实验原理 溶胶．凝胶法（Ｓ０１．Ｇｅｌ法，简称S.G法）就是以无机物或金属醇盐作前驱体，在液相将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化，胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。溶胶．凝胶法就是将含高化学活性组分的化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体。 其基本反应如下： (l）水解反应：M(OR)n + H2O → M (OH) x (OR) n－x + xROH (2) 聚合反应： －M－OH + HO－M－→ －M－O－M－+H2O －M－OR + HO－M－→ －M－O－M－+ROH 三．实验试剂与实验仪器
溶胶-凝胶法制备纳米氧化锌
溶胶-凝胶法制备纳米氧化锌 摘要：纳米氧化锌是一种新型高功能精细无机材料，在光电器件、化工、医药等众多方面有着广泛的应用。本文结合国内有关溶胶-凝胶法制备纳米氧化锌方面的研究论文，设计了一种以醋酸锌为前驱物，草酸为络合剂，柠檬酸三铵为表面改性剂，无水乙醇、去离子水为溶剂，用溶胶--凝胶法制备纳米氧化锌的最优工艺过程，介绍、分析了溶胶--凝胶法制备纳米氧化锌的原理、工艺以及影响氧化锌粉体粒度、形貌及分散性的因素。 关键词：溶胶-凝胶法纳米氧化锌工艺影响因素 1 引言 氧化锌，俗称锌白，分子式为ZnO。纳米氧化锌为白色或微黄色晶体粉末，属六方晶系纤锌矿结构，晶格常数为a=3.24×10-10m，c=5.19×10-10m，为两性氧化物，密度为5.68g/cm3，熔点为1975℃，溶于酸和碱金属氢氧化物、氨水、碳酸铵和氧化铵溶液，难溶于水和乙醇，无味，无毒，无臭，在空气中易吸收二氧化碳和水。 纳米氧化锌是一种新型高功能精细无机粉料，其粒子尺寸在1～100nm之间。由于颗粒尺寸细微化，纳米氧化锌能产生其本体块状材料所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，在磁、光、电、敏感等方面具有一些特殊性能。纳米氧化锌主要应用在橡胶、油漆、涂料、印染、玻璃、医药、化妆品和电子等工业，作为抗菌添加剂、防晒剂、光催化剂、气体传感器、图像记录材料、吸波材料、导电材料、压电材料、橡胶添加剂等[1]。 目前，纳米氧化锌的制备方法有很多，如沉淀法、微乳液法、溶胶- 凝胶法等，而溶胶--凝胶法因其制备均匀度高、纯度高及反应温度低、易于控制等优点，吸引了诸多的关注。 2 设计原理和反应原理 1.设计原理：溶胶--凝胶法制备纳米氧化锌。 溶胶--凝胶法是将金属有机或无机化合物经过溶液水解、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而形成氧化物或其他化合物粉体的方法，其过程是：用液体化学试剂或溶胶为反应物，在液相中均匀混合并进行反应，生成稳定且无沉淀的溶胶体系。放置一定时间后转变为凝胶，经脱水处理，在溶胶或凝胶状态下成型为制品，再经过烧结固化制备出致密的氧化物材料[2,9]。溶胶--凝胶法制得的粉体粒度可
溶胶-凝胶法在制备纳米材料方面的应用
溶胶-凝胶法在制备纳米材料方面的应用 前言 纳米科技是一个跨学科的研究与开发领域，涉及纳米电子学、纳米材料学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工及表征等。纳米材料的合成与制备一直是纳米科学领域内 一个重要的研究课题，新材料制备工艺过程的研究与控制对纳米材料的微观结构和性能具有 重要的影响。最早是采用金属蒸发凝聚"原位冷压成型法制备纳米晶体，相继又发展了各种 物理、化学方法，如机械球磨法、非晶晶化法、水热法、溶胶-凝胶法等 溶胶-凝胶法是上个世纪6、70年代发展起来的一种制备无机材料的新工艺，近年来多 被用于制备纳米微粒和薄膜。溶胶-凝胶法具有反应条件温和通常不需要高温高压，对设备 技术要求不高，体系化学均匀性好，可以通过改变溶胶-凝胶过程的参数裁剪控制纳米材料 的显微结构等诸多优点。不仅可用于制备超微粉末和薄膜，而且成功应用于颗粒表面包覆， 成为目前合成无机纳米材料的主要技术，引起了材料科学技术界的广泛关注，是一个具有挑战性和应用前景非常广阔的领域。 1.溶胶-凝胶法的工艺原理： 溶胶凝胶法的工艺原理是：以液体化学试剂配制成金属无机盐或金属醇盐的前驱体，前驱体溶于溶剂中形成均匀的溶液（有时加入少量分散剂）加入适量的凝固剂使盐水解、 醇解或发生聚合反应生成均匀、稳定的溶胶体系，再经过长时间放置（陈化）或干燥处理使 溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分、最后得到无机纳米材料。因此，也有 人把溶胶凝胶法归类为前驱化合物法。 根据原料的不同，溶胶凝胶法一般可分为两类，即无机盐溶胶凝胶法和金属醇盐水解法。（1）在无机盐溶胶凝胶法中，溶胶的制备是通过对无机盐沉淀过程的控制，使生成的颗粒 不团聚成大颗粒而生成沉淀，直接得到溶胶；或先将部分或全部组分用适当的沉淀剂沉淀出 来，经解凝，使原来团聚的沉淀颗粒分散成胶体颗粒溶胶的形成主要是通过无机盐的水解来 完成。反应式如下 （2）金属醇盐水解法通常是以金属有机醇盐为原料! 通过水解与缩聚反应而制得溶胶’首先将金属醇盐溶入有机溶剂! 加水则会发生如下反应： 式中M为金属R为有机基团，如烷基。经加热去除有机溶液得到金属氧化物材料。 2.溶胶-凝胶法的工艺过程： 溶胶凝胶法制备无机纳米材料过程主要包括5个步骤 （1）均相溶液的制备：溶胶凝胶法的第一步是制取包含醇盐和水均相溶液，以确保醇盐的 水解反应在分子级水平上进行。在此过程中，溶剂的选择和加入量是关键。 （2）溶胶的制备：在溶胶凝胶法中，最终产品的结构在溶胶形成过程中即已初步形成，后 续工艺均与溶胶的性质直接相关，因此溶胶制备的质量是十分重要的。有两种方法制备溶胶，一是先将部分或全部组分用适当沉淀剂先沉淀出来，经解凝，使原来团聚的沉淀颗粒分散成 原始颗粒。这种颗粒的大小一般在溶胶体系中胶核大小的范围内，因而可制得溶胶；另一种方法是由同样的盐溶液，通过对沉淀过程的严格控制，使首先形成的颗粒不致团聚为大颗粒 而沉淀，从而直接得到胶体溶液。 （3）凝胶化过程：缩聚反应形成的聚合物或粒子聚集体长大为小粒子簇，后者逐渐相互连 接成为一个横跨整体的三维粒子簇连续固体网络。在陈化过程中，胶体粒子聚集形成凝胶， 由于液相被包裹于固相骨架中，整个体系失去活动性，随着胶体粒子逐渐形成网络结构， 溶胶也从Newton体向Bingham体转变，并带有明显的触变性。在许多实际应用中，制品的成型就是在此期间完成的。
沉淀法制备纳米氧化锌粉体讲义
沉淀法制备纳米氧化锌粉体 一、实验目的 1.了解沉淀法制备纳米粉体的实验原理。 2.掌握沉淀法制备纳米氧化锌的制备过程和化学反应原理。 3.了解实验产物粒度的表征手段，掌握激光纳米粒度仪的使用。 4.了解沉淀剂、实验条件对产物粒径分布的影响。 二、实验原理 氧化锌是一种重要的宽带隙（3.37eV）半导体氧化物，常温下激发键能为60meV。近年来，低维（0维、1维、2维）纳米材料由于具有新颖的性质已经引起了人们广泛的兴趣。纳米氧化锌由于晶粒的细微化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点，已经广泛的应用在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域。纳米氧化锌的制备方法有物理法和化学法，物理法主要包括机械粉碎法和深度塑形变形法，化学法包括沉淀法、溶胶—凝胶法、水热法、微乳液法等方法。本实验采用沉淀法制备纳米氧化锌粉体。 沉淀法包括直接沉淀法和均匀沉淀法。直接沉淀法是制备纳米氧化锌广泛采用的一种方法。其原理是在包含一种或多种离子的可溶性盐溶液中，加入沉淀剂（如OH-，CO32-等）后，在一定条件下生成沉淀并使其沉淀从溶液中析出，再将阴离子除去，沉淀经热分解最终制得纳米氧化锌。其中选用不同的沉淀剂，可得到不同的沉淀产物。均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子从溶液中缓慢地、均匀地释放出来，所加入的沉淀剂并不直接与被沉淀组分发生反应，而是通过沉淀剂在加热的情况下缓慢水解，在溶液中均匀地反应。 纳米颗粒在液相中的形成和析出分为两个过程，一个是核的形成过程，称为成核过程；另一个是核的长大，称为生长过程。这两个过程的控制对于产物的晶相、尺寸和形貌是非常重要的。 制备氧化锌常用的原料是可溶性的锌盐，如硝酸锌Zn(NO3)2、氯化锌ZnCl2、醋酸锌ZnAc2。常用的沉淀剂有氢氧化钠（NaOH）、氨水（NH3·H2O）、尿素（CO(NH2)2）等。一般情况下，锌盐在碱性条件下只能生成Zn(OH)2沉淀，不能得到氧化锌晶体，要得到氧化锌晶体需要进行高温煅烧。均匀沉淀法通常使用尿素作为沉淀剂，通过尿素分解反应在反应过程中产生NH3·H2O与锌离子反应生成沉淀。反应如下： OH-的生成： CO32-的生成： 形成前驱物碱式碳酸锌的反应： 热处理后得产物ZnO： 用NaOH作沉淀剂一步法直接制备纳米氧化锌的反应式如下： 该实验方法过程简单，不需要后煅烧处理就可以得到氧化锌晶体，而且可以通过调控Zn2+/OH-的摩尔比控制氧化锌纳米材料的形貌。 三、实验仪器与试剂
溶胶凝胶法制备氧化锌薄膜
一、所需试剂和实验仪器 试验中所需试剂（均为国药集团生产）及其作用: 二水合醋酸锌Zn(CH3COO)2?2H2O 金属前驱物 乙二醇甲醚CH3OCH2CH2OH 溶剂 无水乙醇CH3CH2OH 溶剂、清洗 异丙醇(CH3)2CHOH 溶剂 乙醇胺H2NCH2CH2OH 稳定剂 二乙醇胺HN(CH2CH2OH)2 稳定剂 九水合硝酸铝Al(NO3)3?9H2O 掺杂 丙酮CH3COCH3 清洗基片 浓盐酸HCL 清洗基片 去离子水H2O 清洗基片 制备薄膜的实验仪器设备 仪器型号用途 物理电子天平FA1104电子天平，测量前驱物及掺杂等物质 d=0.1mg，上海方瑞仪器 恒温磁力搅拌器78HW-1 型，金坛荣华仪器配制溶胶 台式匀胶机KW-4A 型台式匀胶机涂胶制备薄膜 中科院微电子研究所 电热恒温鼓风干燥箱DHG-9101.OSA 型预热处理薄膜 管式电阻炉SK-2-2-12 型预热和最终高温处理薄膜 上海实验电炉 测试仪器 X-射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、扫描电镜SEM、Hitachi-F4500荧光光谱仪等。 其它 石英硅片
二、实验步骤 （一）ZnO 前驱溶胶的制备 1、配制0.75 M 的溶胶： 用电子天平（精度为0.1mg）准确称取8.2621g 二水合醋酸锌放入大约30 mL 的乙醇溶剂中用具塞三角瓶盛放，用恒温磁力搅拌器搅拌并保持温度为70℃，10 分钟后加入4.60 mL的乙醇胺稳定剂，搅拌10 分钟后，待其冷却后在50 mL 容量瓶中用乙醇滴定，配制成0.75 M 的溶胶，最后在70℃的恒温磁力搅拌器上搅拌 1 小时后，形成均一透明的溶胶，至少静置48 小时后待用。在相同的条件下，分别用异丙醇（IPA），乙二醇甲醚（EGME）做为溶剂配制0.75 M 的ZnO 前驱物溶胶，至此我们配制了三种不同溶剂的ZnO 溶胶备用。 2、ZnO 薄膜的制备 我们选用石英片作为衬底。 （1）基片的清洗：采用石英片为基板，在涂膜前依次用浓盐酸、酒精、丙酮和丙酮酒精混合物以及去离子水在超声仪中清洗15 分钟，然后用于涂膜。 （2）薄膜的制备：我们在这次实验中采取四次涂膜。采用旋涂法进行涂膜，涂膜时先低转速600r/min，时间 6 s，然后高转速为3000 r/min，旋转时间为30s。涂膜结束后立即放入200o C 的烘箱中干燥10min，然后放入管式炉中进行500o C 热处理10 min。每一薄膜试样重复上述涂膜过程4 次。获得的ZnO 薄膜样品最后在600℃热处理 1 小时。 三、厚度、表面形貌及光学性质检测 1、X-射线衍射仪（X-Ray Diffraction） 从XRD 的结果可以确定晶体的物相、晶格常数和颗粒大小，还可根据峰的
纳米氧化锌的制备方法
纳米氧化锌的制备方法 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
纳米氧化锌的制备方法1.方法步骤为: (1)氧化锌溶液配制：将氧化锌置入自身重量5～10倍、４０℃～７５℃的去离子水中，搅拌均匀制成氧化锌溶液；（2）充气反应：向氧化锌溶液通入CO气体，同时搅拌，加热升温到８５℃～９０℃，保温２４０～450分钟，然后停止通入CO气体和加热；（3）除水粉碎：将反应后的溶液滤除水后所得物在４００℃以下温度进行烘干，然后粉碎；（4）焙烧：将粉碎物粉碎后再置于２５０℃～600℃环境下焙烧后获得纳米氧化锌。 2.化学法 固相法 （1）碳酸锌法 利用硫酸锌制得前驱物碳酸锌，在200℃烘1h，得纳米氧化锌初产品:经去离子水、无水乙醇洗涤，过滤，干燥可得纳米氧化锌产品。 （2）氢氧化锌法 利用硝酸锌制得前驱氢氧化锌，在600℃保持2h，高温热分解得纳米氧化锌。 2.2液相法 （1）直接沉淀法
在可溶性锌盐中加入沉淀剂后，当溶液离子的溶度积超过沉淀化合物的溶度积时，即有沉淀从溶液中析出。沉淀经热解得纳米氧化锌。常见的沉淀剂为氨水、碳酸铵、和草酸铵。 不同的沉淀剂，其反应生成的沉淀产物也不同，故其分解的温度也不同。此法操作简单易行，对设备要求不高，成本较低，但粒度分布较宽，分散性差，洗涤原溶液中阴离子较困难。 3.溶胶-凝胶法 实验原料和制备工艺 醋酸锌，柠檬酸三铵，无水乙醇，保护胶，乳化剂，蒸馏水。 以醋酸锌为原料，柠檬酸三铵为改性剂，配置一定浓度的醋酸锌溶液，搅拌均匀后，置于恒温水槽中，在搅拌加热的条件下，均匀的加入无水乙醇，2h后醋酸锌完全溶解，生成氢氧化锌沉淀，然后加入适量的胶溶剂氨水，氢氧化锌沉淀消失，从而形成氢氧化锌溶胶，静止后变为氢氧化锌湿凝胶，将干燥后的氢氧化锌干凝胶置于马弗炉中煅烧之后，得到白色的纳米氧化锌粉末。
实验 溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛实验
实验八溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛实验 一、实验目的 1、掌握溶胶-凝胶法制备纳米粒子的原理。 2、了解TiO 2 纳米粒子光催化机理。 二、实验原理 溶胶－凝胶法(Sol-Gel法)是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法。 溶胶凝胶法制备TiO 2 纳米粒子是通过钛酸四丁酯的水解和缩聚反应来实现的，其分步水解方程式为： Ti(OR)n+H 2O Ti(OH)(OR) n-1 +ROH Ti(OH)(OR)n-1+H 2O Ti(OH) 2 (OR) n-2 +ROH …… 反应持续进行,直到生成Ti(OH)n. 缩聚反应： —Ti—OH+HO—Ti——Ti—O—Ti+H 2 O —Ti—OR+HO—Ti——Ti—O—Ti+ROH 最后获得氧化物的结构和形态依赖于水解与缩聚反应的相对反应程度，当金属-氧桥-聚合物达到一定宏观尺寸时，形成网状结构从而溶胶失去流动性，即凝胶形成。 三、原料及设备仪器 1、原料：钛酸正四丁脂（分析纯）、无水乙醇（分析纯）、冰醋酸（分析纯）、盐酸（分析纯）、蒸馏水 2、设备仪器：电磁搅拌器、恒温干燥箱、高温炉 四、实验步骤 以钛酸正丁酯[Ti(OC 4H 9 ) 4 ]为前驱物，无水乙醇(C 2 H 5 OH)为溶剂，冰醋酸(CH 3 COOH)为 螯合剂，从而控制钛酸正丁酯均匀水解，减小水解产物的团聚，得到颗粒细小且均匀的二氧化钛溶胶。 1、室温下量取10 mL钛酸丁酯，缓慢滴入到35 mL无水乙醇中，用磁力搅拌器强力搅拌10 min，混合均匀，形成黄色澄清溶液A。 2、将2 mL冰醋酸和10 mL蒸馏水加到另35 mL无水乙醇中，剧烈搅拌，得到溶液B，滴入2-3滴盐酸，调节pH值使pH=3。 3、室温水浴下，在剧烈搅拌下将溶液A缓慢滴入溶液B中。 4、滴加完毕后得浅黄色溶液，40℃水浴搅拌加热，约1 h后得到白色凝胶(倾斜烧瓶凝胶不流动)。 5、置于80 ℃下烘干，大约20 h，得黄色晶体，研磨，得到淡黄色粉末。 6、在 600 ℃下热处理2 h，得到二氧化钛(纯白色)粉体。 五、思考题 1、溶胶-凝胶法制备材料有哪些优点 2、纳米二氧化钛粉体有哪些用途 六、实验报告要求 实验报告按照学校统一模板书写，包括下列内容： 1、实验名称、目的和实验步骤。 2、解答思考题。
氧化锌制备方法
将0.005 mol·L-1的NaOH乙醇溶液缓慢滴加到含有0.005 mol·L-1的Zn(NO3)2·6H2O乙醇溶液中. 将混合溶液转移至高压反应釜中, 在130℃下反应12 h, 将反应产物经二次去离子水、乙醇等洗涤后, 在130 摄氏度下干燥,即可获得纯ZnO纳米棒. 在 ZnCl2 溶液 (0.20 mol/L) 中加入一定量的 SDS, 搅拌下于 65 ℃将 Na2CO3 溶液滴加到该溶液中 (120 滴/min, n(Na 2CO 3 )/n(ZnCl2) = 2),恒温反应 0.5 h. 将反应液倒入聚四氟乙烯罐中, 在150~160 ℃进行水热反应 12 h, 自然冷却后离心分离, 用去离子水洗涤到无水Cl?离子, 再用无水乙醇洗涤 2~3 次, 50 ℃真空干燥 2 h, 300 ℃焙烧 3 h, 即制得 ZnO 纳米管. 将0. 1 L0. 1 mo l/ L二水合醋酸锌的乙醇溶液置于带冷凝管和干燥管的0. 5 L 圆底烧瓶中, 在80 ℃搅拌3 h, 不断收集冷凝物, 最后可获得0. 04 L 中间物和0. 06 L 冷凝物. 将中间物迅速用冷的绝对乙醇稀释至0. 1 L, 冷至室温, 得0. 1 mol/ L 中间产物. 氨水沉淀法制备纳米氧化锌 在水——乙醇介质中用氨水沉淀法制备出了纳米Zn（OH） 2 和ZnO材料，讨论了介质组成对沉淀产物ZnO微粒的粒径范围及形貌的影响，并研究出由Zn(OH)2分解为纳米ZnO的最佳干燥脱水条件为200℃、2h。表明本方法不需高温处理就可得到颗粒均匀且分布窄的ZnO纳米材料，粒径可达17～6nm。 一、试剂与仪器 主要原料为氯化锌、无水乙醇、氨水等，均为分析纯试剂。 仪器为微型滴定管、磁力搅拌器、恒温干燥烘箱。 二、试验方法 以水——乙醇为溶剂，其中醇的体积含量分别为0%（去离子水）、20%、60%、100%。将氯化锌、氨水配制成不同浓度的溶液（不同浓度是多少？）。取一定体积（一定体积是多少？）的氯化锌乙醇溶液于烧杯中，加以适当速度搅拌，不同浓度的氨水从微型滴管中缓慢滴入氯化锌乙醇溶液中，使之进行反应。控制氨水用量，调节pH值为7.0左右，确定滴定终点。反应得到的白色沉淀物，经抽滤洗涤后 自然风干即为Zn（OH） 2纳米粉，Zn（OH） 2 经干燥（200℃、2h）脱水后，为ZnO 纳米粉体。 三、不同乙醇浓度对ZnO粒径的影响 样品号 1 2 3 4 醇含量/%（体积分数 0 20 60 100 粒径范围/nm 286～46 100～31 38～14 17～6 这一结果表明，在此混合介质中，乙醇的存在对反应中生成的ZnO晶核的生长有明显的抑制作用，并且含量越高，这种抑制作用也越强。 四、氯化锌和氨水不同浓度下ZnO粒径大小 ZnCl2浓度/mol?L-1 粒径范围/nm 氨水浓度/%（体积分数）粒径范围/nm 0.5 32～12 10 32～14 1.0 25～15 15 25～15 2.0 34～10 25 16～7 氯化锌的浓度对ZnO的粒径影响不大，规律性不强；氨水的浓度对ZnO的粒径稍有影响，浓度增大，粒径是减小趋势，浓度为15%时，粒径为25～15nm，浓度为25%时，粒径为17～7nm。 五、该方法操作简单，条件温和，所用原材料成本低，过程易控制等，是制备
纳米氧化锌的制备方法
纳米氧化锌的制备方法 1.方法步骤为: (1)氧化锌溶液配制：将氧化锌置入自身重量5～10倍、４０℃～７５℃的去离子水中，搅拌均匀制成氧化锌溶液；（2）充气反应：向氧化锌溶液通入CO?气体，同时搅拌，加热升温到８５℃～９０℃，保温２４０～450分钟，然后停止通入CO?气体和加热；（3）除水粉碎：将反应后的溶液滤除水后所得物在４００℃以下温度进行烘干，然后粉碎；（4）焙烧：将粉碎物粉碎后再置于２５０℃～600℃环境下焙烧后获得纳米氧化锌。 2.化学法 2.1 固相法 （1）碳酸锌法 利用硫酸锌制得前驱物碳酸锌，在200℃烘1h，得纳米氧化锌初产品:经去离子水、无水乙醇洗涤，过滤，干燥可得纳米氧化锌产品。 （2）氢氧化锌法 利用硝酸锌制得前驱氢氧化锌，在600℃保持2h，高温热分解得纳米氧化锌。 2.2液相法
（1）直接沉淀法 在可溶性锌盐中加入沉淀剂后，当溶液离子的溶度积超过沉淀化合物的溶度积时，即有沉淀从溶液中析出。沉淀经热解得纳米氧化锌。常见的沉淀剂为氨水、碳酸铵、和草酸铵。 不同的沉淀剂，其反应生成的沉淀产物也不同，故其分解的温度也不同。此法操作简单易行，对设备要求不高，成本较低，但粒度分布较宽，分散性差，洗涤原溶液中阴离子较困难。 3.溶胶-凝胶法 实验原料和制备工艺 醋酸锌，柠檬酸三铵，无水乙醇，保护胶，乳化剂，蒸馏水。 以醋酸锌为原料，柠檬酸三铵为改性剂，配置一定浓度的醋酸锌溶液，搅拌均匀后，置于恒温水槽中，在搅拌加热的条件下，均匀的加入无水乙醇，2h后醋酸锌完全溶解，生成氢氧化锌沉淀，然后加入适量的胶溶剂氨水，氢氧化锌沉淀消失，从而形成氢氧化锌溶胶，静止后变为氢氧化锌湿凝胶，将干燥后的氢氧化锌干凝胶置于马弗炉中煅烧之后，得到白色的纳米氧化锌粉末。
ZnO半导体材料的制备与合成
ZnO半导体材料的制备与合成 (安徽工业大学,材料科学与工程) 摘要: 氧化锌半导体材料以其优良的光电性能在光电子、传感器、透明导体等领域得到广泛应用。综述了氧化锌半导体功能材料在敏感材料、压电材料、导电薄膜等方面的性能、应用及薄膜的制备技术, 相对于三维块体材料, 氧化锌薄膜可以适应大规模集成电路的需要, 更具发展前途和研究价值。氧化锌薄膜的性质随掺杂组分和制备条件的不同而表现出很大的差异性。 1.关键词: 氧化锌; 半导体材料; 薄膜; 光电性能 Abstract: Znicoxide has a wide range of technological applications as semiconductive material including photoelectron, sense organ, tansparent conductor and others. This paper concentrates on the properties and applications o f ZnO in sensitive ma terials, piezoe lectric m aterials and conductive film, also on techniques which the thin film was prepared by. Contrasting with monolith materia ls, the ZnO thinfilm can meet the demands of molectron and possesses a grea tdevelopment futureand resea rchvalue. The ZnO thin film can be doped with a variety of ions and prepared with m any techniques to exhibit different properties. K ey words: ZnO; semiconductive mteria ;l thin film; optica l and electrical property. 1稀磁性半导体 1．1从磁性角度出发，半导体材料可以划分为非磁半导体(nonmagneticsemiconductor)、稀磁半导体(diluted magnetic semiconductor，DMSs)和磁半导体(magnetic semiconductor)三种类型。磁性半导体集半导电性和磁性于一体，可以同时利用电子的电荷和自旋，兼备常规半导体电子学和磁电子学的优越性，被认为是21世纪最重要的电子学材料。在自旋电子领域展现出非常广阔的应用前景，引起了人们对其研究的浓厚兴趣。 1．2稀磁半导体定义及研究意义 稀磁半导体材料按照磁性元素的种类可以分为磁性过渡金属元素基稀磁半导体和磁性稀土金属元素基稀磁半导体；按照半导体材料来分可以分为化合物半导体基稀磁半导体和单质半导体基稀磁半导体。目前，人们主要从事的是II一Ⅵ和III．V族化合物基的稀磁半导体的研究，半导体基一般有InP、bias、GaAs、GaSb、GaN、GaP、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe等，磁性元素一般为过渡金属元素Mn、Fe、Co、Ni、Cr等。然而，由于大多过渡金属元素在IⅡ．V族半导体材料中的溶解度很低，导致III．V族基的DMS材料的自旋注入效率很低，难以获得大的磁性，实际应用价值不大，相比之下，ZnO在这方面具有较大的优势。Jin等人的实验证明，过渡金属元素在ZnO中具有较高的溶解度，其中Co、Mn的溶解度分别达到50mol％和30mol％，此外，在ZnO中很容易实现重电子掺杂(>1021锄。