1. 研究目的与意义
一、研究背景：
ZnO作为一种新型的半导体材料，激子束缚高达60 meV[1],禁带宽度对应于紫外光波段，有望开发出紫外光、蓝光、蓝绿光等多种发光器件，现在拥有十分广泛的应用前景，近年来已经成为研究热点问题，特别对于纳米氧化锌来说，正是由于其具有量子尺寸效应、小尺寸效应和大比表面积，纳米ZnO表现出与体材料与众不同的特殊性质包括独特的光学、电学和化学等性能，在催化、气敏传感、光电器件等领域具有广阔的应用前景。2006年，美国佐治亚理工学院的王中林教授研究组首先提出了自驱动纳米技术[2]。王中林教授第二年又新创了压电电子学这一领域，其基础就是应用压电势来调节和控制纳米线中的载流子传输性质[3]。
目前来说，ZnO纳米材料研究已经取得了极大的进展，实验上已经合成了不同形貌和不同维度的材料，包括纳米线、纳米棒、纳米柱、纳米带、纳米环、纳米弹簧和纳米盘等。目前，ZnO纳米材料或者纳米结构均采用自下而上的制备方法，主要有沉积法和水热法。其中水热法制备因纯度高、形状和大小都可控和结晶性好而被研究者所采纳。所谓水热法是指在特制的密闭反应器中以水溶液为反应体系，通过对反应体系的加热，在反应体系中产生高温高压的环境来进行无机合成与材料制备的方法。本文对于水热法制备纳米ZnO的制备工艺、生长机制和性能等方面的国内外现状进行了论述。
2. 研究内容与预期目标
一、研究内容：
本实验从以下方面进行探索，先采用水热法合成 ZnO 纳米线并对其生长机制进行解释，并观察其形貌，其次是探究水热法制备形貌可控的 ZnO 纳米线的工艺条件，通过大量文献调研，拟针对各反应物的化学计量（反应溶液的浓度）、反应时间和反应温度等因素对一维取向 ZnO 半导体纳米线阵列形貌的影响规律进行探索。事实上，通过控制水热反应实验参数，例如，前驱体浓度，反应时间和反应温度，进而可以控制所得样品的形貌和性能，ZnO纳米线的长径比能得到较大改善。本文是基于水热法对于ZnO纳米线合成的研究，这种水热法制备ZnO纳米线阵列是在温度较低的情况下采用较为简单并且污染小以及多方面优点所达到的一种方法。论文中介绍了这种方法的原理以及具体步骤，并且详细解释了水热法合成ZnO纳米线的生长机理，在这些原理以及步骤的基础上开始进行实验，在实验结果的前提下探讨溶液的前驱体浓度、生长时间与生长温度对于ZnO纳米线的形貌与结构的影响。本文也阐释了图案化氧化锌纳米线的形貌特征，根据这些形貌特征更好的研究水热法合成ZnO纳米线的制备原理与应用[8]。
二、预期目标：
3. 研究方法与步骤
一、研究方法：
采用水热法合成一维ZnO纳米线，并用扫描电子显微技术观察其形貌，探究水热法制备形貌可控的ZnO纳米线的工艺条件。水热法是在密闭的反应容器中，将反应溶液温度提升至临界值，依靠密闭容器内部的高压环境完成制备的一种技术难度低、效率高的手段。水热法的有点较多，主要有相对不苛刻的合成条件、产品性能相对稳固、制备成本小、对环境影响低、催化添加相对简单等优点，尤其是此手段那个在通常温度下合成取向ZnO纳米半导体材料。同时可以轻松控制该材料属性例如半径、直径等，因此这种手段在合成此半导体材料领域拥有广阔的利用价值和潜质[9]。为简化实验步骤，本实验采用正交法设计流程，利用控制变量法分别探究前驱体浓度、生长时间、生长温度对ZnO纳米线形貌的影响。
二、研究步骤：
4. 参考文献
[1]Ozgur U,Alivov Y I,Liu C,etal.Acomprehensive review of ZnO materials and devices[J].J.Appl.Phys.2005,98:041301.
[2]Wang Z L,Song J H.Piezoelectric nanogenerators based on zinc oxide nanowire arrays[J].Science,2006,312:242-246.
[3]WangZL.Piezopotential Gated Nanowire Devices:Piezotronics and Piezo-Phototronics[J].Nano Today,2010,5:540-552.
5. 工作计划
1、3月1日-3月15日 文献调研，阅读相关文献书籍。
2、3月16日-3月25日完成开题报告。
3、3月26日-4月1日 水热合成ZnO纳米线的实验探究。
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