專利名稱：直接在含鋅合金材料上生長ZnO一維納米材料的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用含鋅合金材料中的鋅作鋅源，直接在合金基片表面大面積地生長出均一的ZnO納米線、納米帶、納米棒、納米梳等一維納米材料的方法。
背景技術：
近年來，一維納米結構(納米管、納米線、納米棒、納米帶及其復合結構)由于其重要的科學價值和潛在的應用前景引起了人們的極大興趣。理論和實驗研究都表明一維納米結構材料具有一系列優(yōu)異的性能，如高機械強度、獨特的電學、光學和磁學等性質。因此，人們競相采用各種技術路線來合成各種具有特殊性能的一維納米結構。
ZnO是一種自激活的半導體材料，禁帶寬度為3.3eV，室溫下激子結合能高達60meV，近年來的研究表明，ZnO納米線可在室溫下實現(xiàn)高效率的激光發(fā)射，因而在低閾值短波長的室溫發(fā)光器件，如發(fā)光二極管和激光二極管等領域具有重要的應用前景(M.H.Huang，et al.Science 292(2001)1987)。ZnO從結構上講具有六方的非中心對稱性，它有一個沿(0001)方向的極性軸，具有很好的壓電性能，最近的研究表明，利用這一特性，ZnO納米線可將機械能轉化為電能，實現(xiàn)納米發(fā)電機的功能(Z.L.Wang，et al.Science 312 (2006)242)。此外，ZnO一維納米結構高的長徑比，大的比表面積、良好的機械和化學穩(wěn)定性，使其在場致電子發(fā)射、氣敏傳感器等領域也表現(xiàn)出良好的應用前景(Y.W.Heo，et al.Mater.Sci.Eng.R47(2004)1 & U.Ozgur et al.J.Appl.Phys.98(2005)041301)。目前，有關ZnO一維納米結構的制備、性能和應用的研究已成為當前世界范圍內的研究熱點。
ZnO一維納米材料主要包括納米線、納米管、納米帶、納米針、納米梳等。目前，這類納米材料的合成技術思路主要分為五類a)催化反應生長法，此法利用高溫物理蒸發(fā)Zn或含鋅的化合物，通過氣-液-固(vapor-liquid-solid，VLS)生長機制生長出ZnO一維結構，通常采用的催化劑為金屬Au(M.H.Huang，et al.Science292(2001)1987 & X.Wang，et al.J.Am.Chem.Soc.127(2005)7920)。b)熱蒸發(fā)法，這種生長方法是將ZnO或Zn粉置于高溫區(qū)，通過加熱形成蒸氣，然后用惰性氣流運送到反應器的低溫區(qū)或通過快速降溫使蒸氣沉積下來，生長成一維ZnO納米結構(Z.R.Dai，etal.Adv.Funct.Mater.13(2003)1；Z.L.Wang，J.Phys.:Condens.Matter 16(2004)R829；CN1396300A)。C)模板限制輔助生長，以多孔氧化鋁模板的孔道為模板，合成ZnO一維納米材料(Y.C.Wang，et al.J.Appl.Phys.95(2004)1444 & X.P.Shen，et al.Nanotechnology 16(2005)2039)。d)溶液合成法，通過液相化學反應、水熱、溶劑熱等方法合成ZnO一維納米材料(CN1557718A；CN1526644A)。e)分子束外延生長法(Y.W.Heo et al.Mater.Sci.材料科學Eng.R47(2004)1)。
上述制備ZnO一維納米材料的方法中，催化反應生長和模板生長可在相對溫和的條件下合成出ZnO一維納米材料，然而催化生長中催化劑會影響所得的ZnO一維納米材料的純度，模板法合成中很難得到結晶度高的ZnO一維納米結構。熱蒸發(fā)法也是常用的ZnO一維納米材料的合成方法，然而這種方法需要很高的蒸發(fā)溫度，而且在不同沉積區(qū)會形成不同的ZnO納米結構，因而需要嚴格控制沉積區(qū)的位置才能得到均一的ZnO一維納米結構。分子束外延法可在無催化劑條件下生長出ZnO一維納米材料，然而這種生長方法的成本太高。溶液合成法可以在低溫下生長出ZnO一維納米材料，然而這種方法通常很難在基片上生長ZnO一維納米材料，而且所合成的ZnO一維納米材料與基底的黏附性差。從納米材料研究趨勢來看，納米材料已從最初的合成發(fā)展到合成、性能和器件一體化研究，如何在合成中實現(xiàn)納米材料的組裝與功能化，是一維納米材料合成研究中追求的目標和當今重要前沿研究內容。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種簡單的直接在含鋅的合金材料上大面積地生長ZnO納米線、納米帶、納米棒、納米梳等新穎一維納米結構薄膜的新方法和新技術路線。
本發(fā)明的一維ZnO納米結構薄膜的制備方法，以含鋅5～80％的銅鋅合金材料為基底并提供鋅源，在氧氣或水蒸氣氣氛中，通過調控含鋅合金材料中鋅含量、加熱溫度以及氧化性氣氛中氧的偏壓，在管式爐中，通過簡單的氧化過程，直接在合金材料上大面積地生長出多種形貌的ZnO一維納米材料薄膜，包括納米線、納米帶、納米棒及納米梳等薄膜。含鋅合金材料可為商業(yè)上普通的Cu-Zn二元合金的黃銅片，也可為以銅和鋅作為為主要元素的其它多組元合金材料，如鉛黃銅片，硅黃銅片，鎳黃銅片、錳黃銅片以及鋁黃銅片等，其中鋅含量為5-80％。在較低的溫度下進行氧化處理，在常壓下或在真空條件下，通過控制銅鋅合金材料中的含鋅量(5-80％)，氧化處理時混合氣體中的氧偏壓及反應溫度，直接在合金材料表面大面積地分別生長出不同形貌的氧化鋅一維納米線薄膜，包括納米帶薄膜、納米梳薄膜以及定向的納米線和納米帶薄膜。氧化處理最佳溫度為450-1000，尤其是600-1000℃，時間為20-300min。氧化處理的反應混合氣為Ar/O2，Ar/H2O，N2/O2或N2/H2O的混合氣，其中O2或氣態(tài)的H2O含量為2～20％體積比，氣態(tài)的H2O是以Ar或N2載氣，通過鼓泡法帶到反應腔的。
也可以用含鋅5-80％的合金粒子為基底并提供鋅源，直接在合金粒子表面生長出ZnO一維納米材料，包括納米線、納米帶、納米棒等。含鋅的合金粒子可為商業(yè)上的黃銅、鉛黃銅，硅黃銅，鎳黃銅、錳黃銅等合金粒子，也可為通過固相化學反應和液相法制得的二元或三元含鋅的金屬合金粒子如Ni-Zn、Ni-Cu-Zn、Mn-Cu-Zn、Fe-Cu-Zn、Pb-Cu-Zn、Si-Cu-Zn等，含鋅量可為5-80％重量比。
中國發(fā)明專利(CN1594098A)和文獻中(J.Ling，et al.J.Solid State Chem.178(2005)819 & Y.B.Li et al.Appl.Phys.Lett.81(2002)144)也提到以Cu-Zn合金為原料制備ZnO納米結構的方法，然而在他們的方法中，Cu-Zn合金僅充當了Zn源的作用，具體也就是說，Cu-Zn合金中的Zn在高溫下以氣相形式釋放出，在氧化性氣氛中，在相對低溫區(qū)形成ZnO一維納米材料。本發(fā)明的方法與文獻中報道的方法(Y.B.Li etal.Appl.Phys.Lett.81(2002)144)和中國發(fā)明專利(CN1594098A)中提到的制備ZnO一維納米材料的制備方法相比的主要差別在于，本方法的是在相對低的溫度(450-1000℃)下，保持Cu-Zn合金在固態(tài)的條件下，直接在合金材料上生長出ZnO一維納米材料，Cu-Zn合金材料中的鋅提供了ZnO一維納米材料生長的所需的鋅源，合金中的Cu等充當了生長的基底及性能和應用研究中的導電電極。通過控制Cu-Zn合金材料的熱處理溫度和氧化性氣氛中氧偏壓大小可在合金材料表面生長出不同形態(tài)的均一的一維ZnO納米結構薄膜，包括納米帶、納米線、納米棒、納米梳等。這種直接生長在導電基片上的ZnO一維納米結構薄膜，結構均一、不含其它雜質，而且與基底的黏附性好，很容易實現(xiàn)傳感器，場致電子發(fā)射和光致發(fā)光器件的功能。也就是說，本發(fā)明合成方法，不僅實現(xiàn)了直接在導電基片上大面積生長一維納米結構的可能性，而且也實現(xiàn)了納米材料的制備、組裝與功能化的集成。
本發(fā)明是通過下述技術方案實現(xiàn)的1.本發(fā)明所需裝置主要有爐體、配氣系統(tǒng)和真空系統(tǒng)三部分組成，其各部分的關系與作用如下(1)由剛玉管或不銹鋼管做成的反應室置于管式爐內，放有含鋅的合金片或合金粉末的剛玉舟置于反應室中心，生長區(qū)的溫度可以調控，以利于ZnO一維納米結構的生長。(2)配氣系統(tǒng)，是由氣路和質量流量計組成的，連接到生長室的一端，利用它可以調節(jié)ZnO一維納米結構生長室氣體的種類、流量和配比。(3)真空系統(tǒng)，調節(jié)生長室內的真空度和反應氣壓力。
2.本發(fā)明制備ZnO一維納米結構的方法，是先將含鋅合金片或合金粒子置于上述生長室中，在Ar或N2保護下加熱到450-900℃，然后通入Ar/O2，Ar/H2O，N2/O2或N2/H2O混合氣進行氧化反應，其中O2含量為2～20％，氣態(tài)的H2O是以Ar或N2為載氣，通過鼓泡法帶到反應腔的。反應可以在常壓下進行，也可在真空條件下進行。
3.本發(fā)明采用的含鋅的合金片或合金粒子可為商業(yè)上的黃銅片或黃銅微粒子，也可為其它含鋅的合金片或合金粒子，包括含鉛黃銅，硅黃銅，鎳黃銅、錳黃銅以及鋁黃銅等，其中鋅含量為5-80％。
4.本發(fā)明可通過調控含鋅的合金片或合金微粒中的鋅含量、氧化性氣氛中的氧偏壓及氧化反應的溫度，分別獲得納米線、納米棒和納米帶、納米片、納米針和納米梳等其中某一種一維納米結構占主體的產(chǎn)物。
5.本發(fā)明最佳溫度為550-950℃。Ar/O2中O2的體積含量為2-12％，混合氣體的流量為50-200sccm(標準毫升每分鐘)。生長時間為10-300min。
6.本發(fā)明提供的ZnO一維納米結構包括ZnO納米線、納米帶、納米片、納米梳及其復合結構。本發(fā)明所提供的納米線直徑為20-100nm，長度達微米量級；納米帶寬度為100-500nm，厚度為10-40nm，長度達幾十微米；納米片厚度為20-100nm，寬度達微米量級；納米梳為納米帶和納米針或納米帶和柱狀納米棒組成的復合結構，其中主體納米帶寬度為20-500nm，厚度為10-100nm，長度可達微米量級，納米棒為直徑為20-80nm，長度可達微米量級；準定向生長的納米線直徑為20-60nm、長度達微米量級；準定向的納米帶寬度為30-200nm，厚度為10-40nm，長度達微米量級。
本發(fā)明的特點如下1.本發(fā)明所提出的直接在含鋅合金片上生長ZnO一維納米材料制備方法，可通過調控合金片中的鋅含量、氧化性氣氛中的氧偏壓及氧化反應的熱處理溫度，均一地在合金片表面生長出多種形態(tài)的的一維ZnO納米結構薄膜，包括納米帶、納米線、納米棒、納米梳等。
2.本發(fā)明所提出的直接在含鋅合金片上生長ZnO一維納米材料制備方法，如管式爐反應腔中含鋅合金片所處位置的溫度場恒定，可在任意尺寸大小的含鋅合金片上生長出均一的ZnO一維納米結構薄膜。
3.本發(fā)明所提出的直接在含鋅合金片上生長ZnO一維納米材料制備方法，可在合金片表面生長出結構均一、不含其它雜質，而且與基底的黏附性好ZnO一維納米結構薄膜，這種納米結構可直接應用于場致電子發(fā)射、光致發(fā)光、傳感器等領域的研究中。
4.本發(fā)明所提出的直接在含鋅合金材料上生長ZnO一維納米材料制備方法，合金材料中的鋅提供了ZnO一維納米材料生長時所需的鋅源，合金中的Cu等充當了ZnO一維納米結構直接生長的基底及性能和應用研究中的導電電極，因而實現(xiàn)了納米材料的制備、組裝與功能化的集成。
5.本發(fā)明所提出的直接在含鋅合金材料上生長ZnO一維納米材料制備方法，可延伸到其它氧化物、硫化物等化合物納米結構的制備。


圖1本發(fā)明生長ZnO一維納米結構的試驗裝置示意圖。
(1)氣源；(2)穩(wěn)壓閥；(3)穩(wěn)流閥；(4)質量流量計；(5)四通活塞；(6)水飽和器；(7)氣體入口；(8)生長室；(9)剛玉舟；(10)含鋅合金片或合金粒子；(11)加熱及控溫系統(tǒng)；(12)氣體出口。
圖2黃銅(Cu-Zn合金)的相3用本發(fā)明的方法以Cu-Zn合金片為原料，在600℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛下，經(jīng)過簡單氧化反應制得的ZnO納米片的掃描電鏡照片。
圖4用本發(fā)明的方法以Cu-Zn合金片為原料，在700℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛下，經(jīng)過簡單氧化反應制得的ZnO納米帶的掃描電鏡照片。
圖5用本發(fā)明的方法以Cu-Zn合金片為原料，在75O℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛下，經(jīng)過簡單氧化反應制得的ZnO納米梳的掃描電鏡照片。
圖6用本發(fā)明的方法以Cu-Zn合金片為原料，在850℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛下，經(jīng)過簡單氧化反應制得的ZnO納米線的掃描電鏡照片。
圖7用本發(fā)明的方法以Cu-Zn合金片為原料，在950℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛下，經(jīng)過簡單氧化反應制得的ZnO納米線的掃描電鏡照片。
圖8用本發(fā)明的方法以Cu-Zn合金片為原料，在900℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛，1300Pa的真空條件下，經(jīng)過簡單氧化反應制得的ZnO納米棒陣列的掃描電鏡照片。
圖9用本發(fā)明的方法以Cu-Zn合金片為原料，在700℃，Ar/O2(Ar∶O2＝48∶2sccm)氣氛，1300Pa真空條件下，制備ZnO納米帶陣列的掃描電鏡照片。
圖10用本發(fā)明的方法以Cu-Zn合金片為原料，在900℃，Ar/H2O(Ar＝50sccm)氣氛下，經(jīng)過簡單氧化反應制得的ZnO納米梳的掃描電鏡照片。
圖11用本發(fā)明的方法以Ni-Cu-Zn合金片為原料，在900℃，Ar/H2O(Ar＝50sccm)氣氛下，經(jīng)過簡單氧化反應制得的ZnO納米線的掃描電鏡照片。
圖12用本發(fā)明的方法以Ni-Cu-Zn合金片為原料，在900℃，Ar/O2(Ar∶O2＝48∶2sccm)氣氛下，經(jīng)過簡單氧化反應制得的ZnO納米線的掃描電鏡照片。
圖13用本發(fā)明的方法以Ni-Cu-Zn合金片為原料，在700℃，Ar/O2(Ar∶O2＝48∶2sccm)氣氛，1300Pa真空條件下，經(jīng)過簡單氧化反應制得的ZnO納米帶的掃描電鏡照片。
圖14用本發(fā)明的方法以Cu-Zn合金微粒為原料，在800℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛，1300Pa真空條件下，經(jīng)過簡單氧化反應制得的ZnO納米線的透射電鏡照片。
圖15用本發(fā)明方法制得的ZnO納米結構的的XRD譜。
圖16用本發(fā)明方法制得的ZnO納米結構的的EDS能譜。
具體實施例方式
實施例1 以Cu-Zn合金片為原料，在600-650℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛下，制備ZnO納米片。
將1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于剛玉管中心區(qū)域，然后反復充氬氣和用機械泵抽空3-5次，在氬氣氛圍下(46sccm)以每分鐘10℃的升溫速率升溫到600-650℃，然后通入4sccm的O2，反應1小時。在Cu-Zn合金片表面生長出厚度20-40nm，寬度800-2000nm，長度微米量級的ZnO納米片。(見圖3)實施例2 以Cu-Zn合金片為原料，在700℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛下，制備ZnO納米帶。
將1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于剛玉管中心區(qū)域，然后反復充氬氣和用機械泵抽空3-5次，在氬氣氛圍下(46sccm)以每分鐘10℃的升溫速率升溫到700℃，然后通入4sccm的O2，反應1小時。在Cu-Zn合金片表面生長出寬度為200-400nm，厚度為20-40nm，長度幾十微米的納米帶。(見圖4)實施例3 以Cu-Zn合金片為原料，在750-790℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛下，制備ZnO納米梳。
將1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于剛玉管中心區(qū)域，然后反復充氬氣和用機械泵抽空3-5次，在氬氣氛圍下(46sccm)以每分鐘10℃的升溫速率升溫到750-790℃，然后通入4sccm的O2，反應1小時。納米帶和納米棒復合而成的梳狀的ZnO納米結構，其中主體納米帶寬為100-400nm，納米棒直徑為10-30nm。(見圖5)實施例4 以Cu-Zn合金片為原料，在850-890℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛下，制備ZnO納米線。
將1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于剛玉管中心區(qū)域，然后反復充氬氣和用機械泵抽空3-5次，在氬氣氛圍下(46sccm)以每分鐘10℃的升溫速率升溫到850-890℃，然后通入4sccm的O2，反應1小時。在Cu-Zn合金片表面生長出直徑為20-100nm，長度達幾十微米納米線。(見圖6)實施例5 以Cu-Zn合金片為原料，在950-1000℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛下，制備ZnO納米線。
將1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于剛玉管中心區(qū)域，然后反復充氬氣和用機械泵抽空3-5次，在氬氣氛圍下(46sccm)以每分鐘10℃的升溫速率升溫到950-1000℃，然后通入4sccm的O2，反應1小時。在Cu-Zn合金片表面生長出直徑為20-60nm，長度達幾十微米納米線。(見圖7)實施例6 以Cu-Zn合金片為原料，在900-940℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛，1300Pa的真空條件下，制備ZnO納米棒陣列。
將1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于剛玉管中心區(qū)域，然后反復充氬氣和用機械泵抽空3-5次，在氬氣氛圍下(46sccm)，1100-1300Pa的真空條件下，以每分鐘10℃的升溫速率升溫到900-940℃，然后通入4sccm的O2，反應1小時。在Cu-Zn合金片表面生長出直徑為60-120nm的納米棒陣列。(見圖8)實施例7 以Cu-Zn合金片為原料，在700-750℃，Ar/O2(Ar∶O2＝48∶2sccm)氣氛，1300Pa真空條件下，制備ZnO納米帶陣列。將1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于剛玉管中心區(qū)域，然后反復充氬氣和用機械泵抽空3-5次，在氬氣氛圍下(46sccm)，1100-1300Pa的真空條件下，以每分鐘10℃的升溫速率升溫到700-750℃。通入2sccm的O2，反應1小時。在Cu-Zn合金片表面生長出直徑為寬度為50-300nm，厚度為10-40nm，長度達幾十微米納米帶陣列。(見圖9)實施例8 以Cu-Zn合金片為原料，在900-950℃，Ar/H2O(Ar＝50sccm)氣氛下，制備ZnO納米梳。
將1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于剛玉管中心區(qū)域，然后反復充氬氣和用機械泵抽空3-5次，常壓下，在氬氣氛圍下(46sccm)以每分鐘10℃的升溫速率升溫到900-950℃。然后將氬氣切換到盛有蒸餾水的飽和器，在Ar/H2O氣氛圍反應1小時。在Cu-Zn合金片表面生長出納米帶和柱狀納米棒組成的梳狀ZnO納米結構，其中主體納米帶寬度為20-500nm，厚度為10-100nm，納米棒為直徑為20-80nm。(見圖10)實施例9 以Ni-Cu-Zn合金片為原料，在900-940℃，Ar/H2O(Ar＝50sccm)氣氛下，制備ZnO納米線。
將1×1cm2大小的Ni-Cu-Zn合金片，置于剛玉管中心區(qū)域，然后反復充氬氣和用機械泵抽空3-5次，常壓下，在氬氣氛圍下(46sccm)以每分鐘10℃的升溫速率升溫到900-940℃。然后將氬氣切換到盛有蒸餾水的飽和器，在Ar/H2O氣氛圍反應1小時。在Ni-Cu-Zn合金片表面生長出直徑為20-60nm，長度達幾十微米納米線(見圖11)根據(jù)上述反應條件，以鉛黃銅片，硅黃銅片，鎳黃銅片、錳黃銅片以及鋁黃銅片為原料制備ZnO納米結構的實驗，結果基本相同。合金片中含鋅量為10-50％的范圍有多個樣品，覆蓋的范圍較寬。
實施例10 以Ni-Cu-Zn合金片為原料，在900-940℃，Ar/O2(Ar∶O2＝48∶2sccm)氣氛下，制備ZnO納米線。
將1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于剛玉管中心區(qū)域，然后反復充氬氣和用機械泵抽空3-5次，在氬氣氛圍下(46sccm)以每分鐘10℃的升溫速率升溫到900-940℃。通入4sccm的O2，反應1小時。在Cu-Zn合金片表面生長出直徑為20-60nm，長度達幾十微米納米線。(見圖12)實施例11 以Ni-Cu-Zn合金片為原料，在700-750℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛，1300Pa真空條件下制備ZnO納米帶。
將1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于剛玉管中心區(qū)域，然后反復充氬氣和用機械泵抽空3-5次，在氬氣氛圍下(46sccm)，1100-1300Pa的真空條件下，以每分鐘10℃的升溫速率升溫到700-750℃。通入2sccm的O2，反應1小時。在Cu-Zn合金片表面生長出直徑為寬度為50-300nm，厚度為10-40nm，長度達微米量級的納米帶。(見圖13)。根據(jù)上述反應條件，以鉛黃銅片，硅黃銅片，鎳黃銅片、錳黃銅片以及鋁黃銅片為原料制備ZnO納米結構的實驗，結果基本相同。合金片中含鋅量為5-50％的范圍有多個樣品，覆蓋的范圍較寬。
實施例12 以Cu-Zn合金微粒為原料，在800-850℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛，1300Pa真空條件下，制備ZnO納米線。Cu-Zn合金微粒的粒徑在20-300目均可。
將Cu-Zn合金微粒(200目)，置于剛玉管中心區(qū)域，然后反復充氬氣和用機械泵抽空3-5次，在氬氣氛圍下(46sccm)，1100-1300Pa的真空條件下，以每分鐘10℃的升溫速率升溫到800-850℃。通入4sccm的O2，反應1小時。得到直徑為10-80nm，長度達微米量級的納米線(見圖14)。
上述反應的不同的溫度條件如在700℃和900℃溫度下反應結果相同。
上述的含鋅合金也可為通過固相化學反應和液相法制得的二元或三元含鋅的金屬合金粒子如Ni-Zn、Ni-Cu-Zn、Mn-Cu-Zn、Fe-Cu-Zn、Pb-Cu-Zn、Si-Cu-Zn，含鋅量可為5-80％，覆蓋的范圍較寬。按照上述反應條件，制備的ZnO納米結構與上述相同。
權利要求
1.一種直接在含鋅合金材料上生長ZnO一維納米材料的方法，其特征在于以含鋅5～80％的銅鋅合金片為基底并提供鋅源，在較低的溫度下進行氧化處理，在常壓下或在真空條件下，通過控制銅鋅合金材料中的5-80％重量比的含鋅量，氧化處理時混合氣體中的氧偏壓及反應溫度，直接在含鋅合金材料表面生長出不同形貌的氧化鋅一維納米材料，包括納米線、納米帶、納米片、納米梳以及定向的納米線和納米帶陣列；氧化處理溫度為600-1000℃，時間為20-300min；氧化處理的反應混合氣為Ar/O2、Ar/H2O、N2/O2或N2/H2O的混合氣，其中O2或氣態(tài)的H2O含量為2～20％體積比，氣態(tài)的H2O是以Ar或N2載氣，通過鼓泡法帶到反應腔的。
2.根據(jù)權利要求1所述的直接在含鋅合金材料上生長ZnO一維納米材料的方法，其特征在于所得的納米線直徑為20-100nm，長度達微米量級；納米帶寬度為100-500nm，厚度為10-40nm，長度達幾十微米；納米片厚度為20-100nm，寬度達微米量級；納米梳為納米帶和柱狀納米棒組成的復合結構，其中主體納米帶寬度為20-500nm，厚度為10-100nm，長度達微米量級，納米棒為直徑為20-80nm，長度可達微米量級；準定向生長的納米線直徑為20-60nm、長度達微米量級；準定向的納米帶寬度為30-200nm，厚度為10-40nm，長度達微米量級。
3.根據(jù)權利要求1所述的直接在含鋅合金材料上生長ZnO一維納米材料的方法，其特征在于銅鋅合金片為銅和鋅二元合金組成的普通黃銅片，或以鋅作為為主要元素的其它多組元合金片含鉛黃銅片，硅黃銅片，鎳黃銅片、錳黃銅片或鋁黃銅片，其中鋅含量為5～80％。
4.根據(jù)權利要求1所述的直接在含鋅合金材料上生長ZnO一維納米材料的方法，其特征在于氧化處理是在密閉的管式爐反應腔中進行，反應管可為石英管、剛玉管、陶瓷管或不銹鋼管。
5.根據(jù)權利要求1所述的直接在含鋅合金材料上生長ZnO一維納米材料的方法，其特征在于以含鋅5-80％合金粒子為基底并提供鋅源，直接在合金粒子表面生長出ZnO納米線、納米帶或納米棒；銅鋅的合金粒子為商業(yè)上的黃銅、鉛黃銅，硅黃銅，鎳黃銅或錳黃銅微粒，或通過固相化學反應和液相法制得的二元或三元銅鋅金屬合金粒子，如Ni-Zn、Ni-Cu-Zn、Mn-Cu-Zn、Fe-Cu-Zn、Pb-Cu-Zn、Si-Cu-Zn等，含鋅量為5-80％。
6.根據(jù)權利要求1所述的直接在含鋅合金材料上生長ZnO一維納米材料的方法，其特征在于在600-650℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛下，制備ZnO納米片；在700℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛下，制備ZnO納米帶；在700-750℃，Ar/O2(Ar∶O2＝48∶2sccm)氣氛，1300Pa真空條件下，制備ZnO納米帶陣列；在750-790℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛下，制備ZnO納米梳；在850-1000℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)氣氛下，制備ZnO納米線。
7.根據(jù)權利要求1所述的直接在含鋅合金材料上生長ZnO一維納米材料的方法，其特征在于在ZnO一維納米材料生長過程中合金片中的鋅提供了ZnO一維納米材料生長時所需的鋅源，合金中的Cu等充當了生長的基底。
8.根據(jù)權利要求1所述的直接在含鋅合金材料上生長ZnO一維納米材料的方法，其特征在于直接在合金片表面生長出的氧化鋅一維納米材料用于場致電子發(fā)射、傳感器或光致發(fā)光領域。
全文摘要
直接在含鋅合金材料上生長ZnO一維納米材料的方法，以含鋅5～80％的銅鋅合金片為基底并提供鋅源，在較低的溫度下進行氧化處理，通過控制銅鋅合金材料中的5－80％重量比的含鋅量，氧化處理時混合氣體中的氧偏壓及反應溫度，直接在含鋅合金材料表面生長出不同形貌的氧化鋅一維納米材料，包括納米線、納米帶、納米片、納米梳以及定向的納米線和納米帶陣列；氧化處理溫度為600－1000℃，時間為20－300min；氧化處理的反應混合氣為Ar/O
文檔編號B82B3/00GK1868892SQ20061004032
公開日2006年11月29日 申請日期2006年5月15日 優(yōu)先權日2006年5月15日
發(fā)明者霍開富, 胡征, 胡業(yè)旻, 馬延文, 陳懿 申請人:南京大學