分级结构氧化锌的制备及性能研究(3)

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纳米材料具有许多特殊性质，可以概括为以下五个效应：体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和介电限效应[3]。正是由于这些效应，纳米粒子在光电性质、催化性质、化学反应性、传感性质等许多方面显示出特殊性能。

对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体积，使其更轻盈。第一台计算机需要三间房子来存放，正是借助与微米级的半导体制造技术，才实现了其小型化，并普及了计算机。无论从能量和资源利用来看，这种“小型化”的效益都是十分惊人的。“更高”是指纳米材料有着更高的光、电、磁、热性能。“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化有望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。

纳米粒子的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法。物理方法是指利用特殊的粉碎技术，将普通的粉体粉碎[4]，包括真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法。化学方法是指在控制条件下，从原子或分子的成核生成或凝聚成具有一定尺寸或形状的粒子[4]，包括气相沉积法、沉淀法、水热合成法、溶胶凝胶法、微乳液法。由化学方法合成得到的纳米粒子纯度更高，粒径分布更均匀，而且形貌可控，从而应用更广。

1.2 纳米材料性能与形貌的关系

纳米粒子是由几十个或成百上千个原子、分子组合起来的“人工分子”，这种材料的结构是由纳米晶粒的内部结构和纳米晶界的微观结构共同组成的。纳米粒子的内部结构与大尺度晶体材料相似，但由于每个粒子内部的晶胞数目有限，会表现出晶格点阵的畸变。而纳米晶界的微观结构则是更为复杂的且尚未形成统一的理论模型的结构。由这两种微观结构组成的纳米粒子结构往往表现出特殊的形貌特征，这对纳米粒子的性质与功能有极大的影响。已有的研究表明，不同形貌的纳米粒子由于晶体结构中的所暴露晶面，会决定材料的某些特殊活性。

1.3 氧化锌的结构

在不同的条件下，氧化锌晶体呈现出三种类型:纤锌矿结构、岩盐型结构和闪锌矿结构[5]。在常温常压条件下，六方纤锌矿结构形式的氧化锌晶体的热力学最为稳定，故最常见且研究结构对于调控该晶体生长具有重要意义。图1.1为纤锌矿结构氧化锌晶体结构图。由图1.1可以看出Zn-O键在该晶体结构中形成四面体配位。这些沿着c轴方向交替排列的Zn和O四面体就构成了氧化锌。氧化锌晶体没有对称中心，两个极性端面(富氧面和富锌面)，使氧化锌沿着c轴有着较强自发极化的现象。氧化锌有独特的极性表面，在表面极化电荷和断键原子作用下，可制备成形貌各异的纳米结构