第6期 刘政楠等：基底预处理对于水热法制备Z0微/纳米管阵列的影响 ·759· 以观察到团簇状生长的Z0微/纳米管的底部溶解 Z0微/纳米管的成管率几乎为100%.由此可以推 比较明显.笔者还发现，用该方法制备的Z0微/纳 断基底经过氮气吹干后可能生长出带有锌终端的 米管的管壁非常薄，因此在更长的生长时间(8)之 ZnO晶体.从图2(c)和(d)中可以看出，此法制备 后，己经形成的管壁有部分开始溶解，因而表现为管 的Z0微/纳米管阵列的分散性很大，晶体在生长 壁顶部参差不齐，呈现为类似锯齿状的形貌.另外， 的过程中出现了多种形态，有的是单根，有的临近两 从图2(a)和(b)中可以观察到在相当大的范围内， 根交叉生长为十字形，也有的聚集生长为花状. (a) 10m 10m 2 um 图2不同反应时间用吹氮气法处理基底制备的ZO微/纳米管阵列SEM照片.(a,c,c)4h:(b,d,)8h Fig.2 SEM images of ZnO micro/nanotube arrays on substrates pretreated by N2 at different growth time:(a,e,e)4h:(b,d,f)8h 不铺膜法制备的Z0微/纳米管阵列晶核是均 匀形核，同时也存在晶体生长不一致的情况，即晶体 的长度和尺寸会有偏差.大而成熟的Z0微米管附 近经常存在直径较小、长度较短的小纳米管.大的 微米管直径为2~5um,小纳米管的直径则为200~ 300nm,如图3所示.产生这种现象的原因可能是 在不铺膜的情况下，Z0晶体的分布变得很分散，因 而各个晶体在生长和溶解的阶段相互之间的影响大 200Hm 大减弱.每一个Z0晶体都遵循着各自独立的生长 习性完成从晶核到纳米棒再到微/纳米管的过程. 图3吹氮气法预处理基底制备的Z0微/纳米管SEM照片 Fig.3 SEM images of ZnO micro/nanotubes on substrates pre-rea- 利用氮气吹干的基底可以制备出成管率高的 ted by N2 Z0微/纳米管阵列，其机理可能是氮气吹干基底表 面后，基底上基本被N2所覆盖，保证了基底表面为 吸引作用而与02~接触，二者之间形成化学键，接下 带正电的n2+和S加4+金属离子.溶液中的02-就有 来又有02-搭建在Z2+之上，此过程不断进行，直 机会首先接触基底开始构建Z0晶体.带负电的 到Zn0沿着[001]方向生长为六方柱状晶体.以 02-与基底相连接后溶液中带正电的Zn2+受到电荷 0-为底建立起来的Zn0晶体其顶部为Zn终端，即第 6 期 刘政楠等: 基底预处理对于水热法制备 ZnO 微/纳米管阵列的影响 以观察到团簇状生长的 ZnO 微/纳米管的底部溶解 比较明显． 笔者还发现，用该方法制备的 ZnO 微/纳 米管的管壁非常薄，因此在更长的生长时间( 8 h) 之 后，已经形成的管壁有部分开始溶解，因而表现为管 壁顶部参差不齐，呈现为类似锯齿状的形貌． 另外， 从图 2( a) 和( b) 中可以观察到在相当大的范围内， ZnO 微/纳米管的成管率几乎为 100% ． 由此可以推 断基底经过氮气吹干后可能生长出带有锌终端的 ZnO 晶体． 从图 2( c) 和( d) 中可以看出，此法制备 的 ZnO 微/纳米管阵列的分散性很大，晶体在生长 的过程中出现了多种形态，有的是单根，有的临近两 根交叉生长为十字形，也有的聚集生长为花状． 图 2 不同反应时间用吹氮气法处理基底制备的 ZnO 微/纳米管阵列 SEM 照片 . ( a，c，e) 4 h; ( b，d，f) 8 h Fig． 2 SEM images of ZnO micro /nanotube arrays on substrates pre-treated by N2 at different growth time: ( a，c，e) 4 h; ( b，d，f) 8 h 不铺膜法制备的 ZnO 微/纳米管阵列晶核是均 匀形核，同时也存在晶体生长不一致的情况，即晶体 的长度和尺寸会有偏差． 大而成熟的 ZnO 微米管附 近经常存在直径较小、长度较短的小纳米管． 大的 微米管直径为 2 ～ 5 μm，小纳米管的直径则为200 ～ 300 nm，如图 3 所示． 产生这种现象的原因可能是 在不铺膜的情况下，ZnO 晶体的分布变得很分散，因 而各个晶体在生长和溶解的阶段相互之间的影响大 大减弱． 每一个 ZnO 晶体都遵循着各自独立的生长 习性完成从晶核到纳米棒再到微/纳米管的过程． 利用氮气吹干的基底可以制备出成管率高的 ZnO 微/纳米管阵列，其机理可能是氮气吹干基底表 面后，基底上基本被 N2 所覆盖，保证了基底表面为 带正电的 In2 + 和 Sn4 + 金属离子． 溶液中的 O2 － 就有 机会首先接触基底开始构建 ZnO 晶体． 带负电的 O2 － 与基底相连接后溶液中带正电的 Zn2 + 受到电荷 图 3 吹氮气法预处理基底制备的 ZnO 微/纳米管 SEM 照片 Fig． 3 SEM images of ZnO micro /nanotubes on substrates pre-trea￾ted by N2 吸引作用而与 O2 － 接触，二者之间形成化学键，接下 来又有 O2 － 搭建在 Zn2 + 之上，此过程不断进行，直 到 ZnO 沿着［001］方向生长为六方柱状晶体． 以 O2 － 为底建立起来的 ZnO 晶体其顶部为 Zn 终端，即 ·759·