表面活性剂对水热合成纳米zno形貌及光致发光性能的影响.docx

表面活性剂对水热合成纳米zno形貌及光致发光性能的影响 zno是一种直接的双带空间结构材料。由于其良好的电和电压性、良好的化学稳定性和热稳定性，它在光束化和医药等方面发挥着广泛的作用。 纳米ZnO因其颗粒尺寸的细微化, 使其具有宏观物体所没有的表面效应、量子尺寸效应以及高透明度等特点 王书媚 本研究选用了十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、柠檬酸钠等阴离子型表面活性剂和十六烷基三甲基溴化铵阳离子型表面活性剂, 采用简单的水热合成法, 制备出了形貌和尺寸均匀的纳米ZnO粉体, 从而通过实验分析表面活性剂的种类对纳米ZnO的形貌以及光致发光性能的影响。 1 阳离子表面活性剂 选用氢氧化钠作为碱源, 醋酸锌为锌源, 采用水热合成法并通过添加阳离子型、阴离子型表面活性剂来制备纳米ZnO粉体。反应温度控制在160℃, 反应时间为10h, 控制锌源和碱源物质的量之比为1∶15。添加的阴离子型包括: (a) 十二烷基苯磺酸钠、 (b) 十二烷基硫酸钠、 (c) 柠檬酸钠, 阳离子型表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。 对制备的样品进行红外光谱 (IR) 、X-射线衍射 (XRD) 、扫描电镜 (SEM) 、光致发光谱 (PL) 进行表征, 探索表面活性剂的种类对纳米ZnO的形貌以及光致发光性能的影响。 2 结果与讨论 2.1 zno透过率红外光谱图 图1为分别添加阴离子表面活性剂 (a) 十二烷基苯磺酸钠、 (b) 十二烷基硫酸钠、 (c) 柠檬酸钠制备的纳米ZnO的透过率红外谱图。由图1可知, 波数在540cm 图2为分别添加阴离子表面活性剂 (a) 十二烷基苯磺酸钠、 (b) 十二烷基硫酸钠、 (c) 柠檬酸钠制备出的纳米ZnO的荧光谱图。由图2可知, 分别添加三种表面活性剂后制备出的纳米ZnO在390nm左右处有近紫外发射峰, 纯ZnO紫外发射峰在380nm处 2.2 zno生长的近、近紫外发射峰强度和光致发光谱分析 图3为添加十六烷基三甲基溴化铵制备而成的纳米ZnO的透过率红外谱图。由图3可知, 波数在546cm 图4为十六烷基三甲基溴化铵阳离子表面活性剂制备的纳米ZnO的荧光谱图。由图4可以看出, 在398nm处有近紫外发射峰, 且近紫外发射峰的强度较大, 同时光致发光谱在470nm处和较宽的531nm处有绿光发射峰, 其原因可能是与束缚激子发光以及晶体的结构缺陷和含有杂质有关, 其中结构缺陷主要来自ZnO生长过程中所需的氧供给量不足。总体而言, 结晶质量与紫外发射峰强度和绿光发射峰强度的比值有关, 比值越大, 其晶体的缺陷程度越差, 结晶质量越高。通过计算可得比值大约是2.1, 表明与加入阴离子表面活性剂相比, 加入阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵合成的纳米ZnO的结晶质量更好。 2.3 添加表面活性剂的表面活性剂的表征 通过X-射线衍射测试, 可了解生成样品中的成分和晶体的结构, 结果如图5所示。 (a) 表示未添加表面活性剂的样品, (b) 表示添加了十二烷基苯磺酸钠, (c) 表示添加了十六烷基三甲基溴化铵的样品。结果显示, 所有衍射峰的位置所显示的数据都和ZnO标准JCPDS卡 (NO.036-1451) 的数据相吻合, 属于六方纤锌矿结构, 无其他杂峰, 表明所有的产品纯度较高 2.4 表面活性剂对纳米zno棒径的影响 图6中 (a) (b) (c) 分别表示为未添加表面活性剂以及加入十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵制备的纳米ZnO的电镜图。由图6可知, 未添加表面活性剂制备出的纳米ZnO的微结构是六棱柱状, 添加十二烷基苯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵制备的纳米ZnO的微结构为棒状, 这表明加入表面活性剂改变了纳米ZnO的形貌。添加十二烷基苯磺酸钠制备的纳米ZnO呈现没有顺序的排列, 其棒径以及长度各不相同;添加十六烷基三甲基溴化铵制备的纳米ZnO有较为均匀的排列, 其棒径基本相同。可以看出加入表面活性剂后合成的纳米ZnO的棒径也发生着变化。 水热反应过程中, 表面活性剂可以作为一种“模板”, 帮助ZnO定向生长, 同时表面活性剂结构里有较长的疏水链可以起到一定的空间位阻作用 3 阳离子表面活性剂对纳米zno结构的影响 选用氢氧化钠作为碱源, 醋酸锌为锌源, 采用水热法合成出光致发光性能良好的纳米ZnO。控制锌源和碱源物质的量之比为1∶15, 通过添加表面活性剂能够抑制前驱体的团聚, 可以制备出粒径小、分散性好的ZnO结构。不添加表面活性剂的纳米ZnO为柱状, 而添加表面活性剂的纳米ZnO呈现形态各异的形貌, 如针状、棒状。另外, 加入阳离子表面活性剂的纳米ZnO粒径小, 均匀性好, 结晶质量最好。PL结果表明, 加入十六烷基三甲基溴化铵合成的纳米ZnO效果最好。