专利名称：直接在含锌合金材料上生长ZnO一维纳米材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用含锌合金材料中的锌作锌源，直接在合金基片表面大面积地生长出均一的ZnO纳米线、纳米带、纳米棒、纳米梳等一维纳米材料的方法。
背景技术：
近年来，一维纳米结构(纳米管、纳米线、纳米棒、纳米带及其复合结构)由于其重要的科学价值和潜在的应用前景引起了人们的极大兴趣。理论和实验研究都表明一维纳米结构材料具有一系列优异的性能，如高机械强度、独特的电学、光学和磁学等性质。因此，人们竞相采用各种技术路线来合成各种具有特殊性能的一维纳米结构。
ZnO是一种自激活的半导体材料，禁带宽度为3.3eV，室温下激子结合能高达60meV，近年来的研究表明，ZnO纳米线可在室温下实现高效率的激光发射，因而在低阈值短波长的室温发光器件，如发光二极管和激光二极管等领域具有重要的应用前景(M.H.Huang，et al.Science 292(2001)1987)。ZnO从结构上讲具有六方的非中心对称性，它有一个沿(0001)方向的极性轴，具有很好的压电性能，最近的研究表明，利用这一特性，ZnO纳米线可将机械能转化为电能，实现纳米发电机的功能(Z.L.Wang，et al.Science 312 (2006)242)。此外，ZnO一维纳米结构高的长径比，大的比表面积、良好的机械和化学稳定性，使其在场致电子发射、气敏传感器等领域也表现出良好的应用前景(Y.W.Heo，et al.Mater.Sci.Eng.R47(2004)1 & U.Ozgur et al.J.Appl.Phys.98(2005)041301)。目前，有关ZnO一维纳米结构的制备、性能和应用的研究已成为当前世界范围内的研究热点。
ZnO一维纳米材料主要包括纳米线、纳米管、纳米带、纳米针、纳米梳等。目前，这类纳米材料的合成技术思路主要分为五类a)催化反应生长法，此法利用高温物理蒸发Zn或含锌的化合物，通过气-液-固(vapor-liquid-solid，VLS)生长机制生长出ZnO一维结构，通常采用的催化剂为金属Au(M.H.Huang，et al.Science292(2001)1987 & X.Wang，et al.J.Am.Chem.Soc.127(2005)7920)。b)热蒸发法，这种生长方法是将ZnO或Zn粉置于高温区，通过加热形成蒸气，然后用惰性气流运送到反应器的低温区或通过快速降温使蒸气沉积下来，生长成一维ZnO纳米结构(Z.R.Dai，etal.Adv.Funct.Mater.13(2003)1；Z.L.Wang，J.Phys.:Condens.Matter 16(2004)R829；CN1396300A)。C)模板限制辅助生长，以多孔氧化铝模板的孔道为模板，合成ZnO一维纳米材料(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，通过液相化学反应、水热、溶剂热等方法合成ZnO一维纳米材料(CN1557718A；CN1526644A)。e)分子束外延生长法(Y.W.Heo et al.Mater.Sci.材料科学Eng.R47(2004)1)。
上述制备ZnO一维纳米材料的方法中，催化反应生长和模板生长可在相对温和的条件下合成出ZnO一维纳米材料，然而催化生长中催化剂会影响所得的ZnO一维纳米材料的纯度，模板法合成中很难得到结晶度高的ZnO一维纳米结构。热蒸发法也是常用的ZnO一维纳米材料的合成方法，然而这种方法需要很高的蒸发温度，而且在不同沉积区会形成不同的ZnO纳米结构，因而需要严格控制沉积区的位置才能得到均一的ZnO一维纳米结构。分子束外延法可在无催化剂条件下生长出ZnO一维纳米材料，然而这种生长方法的成本太高。溶液合成法可以在低温下生长出ZnO一维纳米材料，然而这种方法通常很难在基片上生长ZnO一维纳米材料，而且所合成的ZnO一维纳米材料与基底的黏附性差。从纳米材料研究趋势来看，纳米材料已从最初的合成发展到合成、性能和器件一体化研究，如何在合成中实现纳米材料的组装与功能化，是一维纳米材料合成研究中追求的目标和当今重要前沿研究内容。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单的直接在含锌的合金材料上大面积地生长ZnO纳米线、纳米带、纳米棒、纳米梳等新颖一维纳米结构薄膜的新方法和新技术路线。
本发明的一维ZnO纳米结构薄膜的制备方法，以含锌5～80％的铜锌合金材料为基底并提供锌源，在氧气或水蒸气气氛中，通过调控含锌合金材料中锌含量、加热温度以及氧化性气氛中氧的偏压，在管式炉中，通过简单的氧化过程，直接在合金材料上大面积地生长出多种形貌的ZnO一维纳米材料薄膜，包括纳米线、纳米带、纳米棒及纳米梳等薄膜。含锌合金材料可为商业上普通的Cu-Zn二元合金的黄铜片，也可为以铜和锌作为为主要元素的其它多组元合金材料，如铅黄铜片，硅黄铜片，镍黄铜片、锰黄铜片以及铝黄铜片等，其中锌含量为5-80％。在较低的温度下进行氧化处理，在常压下或在真空条件下，通过控制铜锌合金材料中的含锌量(5-80％)，氧化处理时混合气体中的氧偏压及反应温度，直接在合金材料表面大面积地分别生长出不同形貌的氧化锌一维纳米线薄膜，包括纳米带薄膜、纳米梳薄膜以及定向的纳米线和纳米带薄膜。氧化处理最佳温度为450-1000，尤其是600-1000℃，时间为20-300min。氧化处理的反应混合气为Ar/O2，Ar/H2O，N2/O2或N2/H2O的混合气，其中O2或气态的H2O含量为2～20％体积比，气态的H2O是以Ar或N2载气，通过鼓泡法带到反应腔的。
也可以用含锌5-80％的合金粒子为基底并提供锌源，直接在合金粒子表面生长出ZnO一维纳米材料，包括纳米线、纳米带、纳米棒等。含锌的合金粒子可为商业上的黄铜、铅黄铜，硅黄铜，镍黄铜、锰黄铜等合金粒子，也可为通过固相化学反应和液相法制得的二元或三元含锌的金属合金粒子如Ni-Zn、Ni-Cu-Zn、Mn-Cu-Zn、Fe-Cu-Zn、Pb-Cu-Zn、Si-Cu-Zn等，含锌量可为5-80％重量比。
中国发明专利(CN1594098A)和文献中(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合金为原料制备ZnO纳米结构的方法，然而在他们的方法中，Cu-Zn合金仅充当了Zn源的作用，具体也就是说，Cu-Zn合金中的Zn在高温下以气相形式释放出，在氧化性气氛中，在相对低温区形成ZnO一维纳米材料。本发明的方法与文献中报道的方法(Y.B.Li etal.Appl.Phys.Lett.81(2002)144)和中国发明专利(CN1594098A)中提到的制备ZnO一维纳米材料的制备方法相比的主要差别在于，本方法的是在相对低的温度(450-1000℃)下，保持Cu-Zn合金在固态的条件下，直接在合金材料上生长出ZnO一维纳米材料，Cu-Zn合金材料中的锌提供了ZnO一维纳米材料生长的所需的锌源，合金中的Cu等充当了生长的基底及性能和应用研究中的导电电极。通过控制Cu-Zn合金材料的热处理温度和氧化性气氛中氧偏压大小可在合金材料表面生长出不同形态的均一的一维ZnO纳米结构薄膜，包括纳米带、纳米线、纳米棒、纳米梳等。这种直接生长在导电基片上的ZnO一维纳米结构薄膜，结构均一、不含其它杂质，而且与基底的黏附性好，很容易实现传感器，场致电子发射和光致发光器件的功能。也就是说，本发明合成方法，不仅实现了直接在导电基片上大面积生长一维纳米结构的可能性，而且也实现了纳米材料的制备、组装与功能化的集成。
本发明是通过下述技术方案实现的1.本发明所需装置主要有炉体、配气系统和真空系统三部分组成，其各部分的关系与作用如下(1)由刚玉管或不锈钢管做成的反应室置于管式炉内，放有含锌的合金片或合金粉末的刚玉舟置于反应室中心，生长区的温度可以调控，以利于ZnO一维纳米结构的生长。(2)配气系统，是由气路和质量流量计组成的，连接到生长室的一端，利用它可以调节ZnO一维纳米结构生长室气体的种类、流量和配比。(3)真空系统，调节生长室内的真空度和反应气压力。
2.本发明制备ZnO一维纳米结构的方法，是先将含锌合金片或合金粒子置于上述生长室中，在Ar或N2保护下加热到450-900℃，然后通入Ar/O2，Ar/H2O，N2/O2或N2/H2O混合气进行氧化反应，其中O2含量为2～20％，气态的H2O是以Ar或N2为载气，通过鼓泡法带到反应腔的。反应可以在常压下进行，也可在真空条件下进行。
3.本发明采用的含锌的合金片或合金粒子可为商业上的黄铜片或黄铜微粒子，也可为其它含锌的合金片或合金粒子，包括含铅黄铜，硅黄铜，镍黄铜、锰黄铜以及铝黄铜等，其中锌含量为5-80％。
4.本发明可通过调控含锌的合金片或合金微粒中的锌含量、氧化性气氛中的氧偏压及氧化反应的温度，分别获得纳米线、纳米棒和纳米带、纳米片、纳米针和纳米梳等其中某一种一维纳米结构占主体的产物。
5.本发明最佳温度为550-950℃。Ar/O2中O2的体积含量为2-12％，混合气体的流量为50-200sccm(标准毫升每分钟)。生长时间为10-300min。
6.本发明提供的ZnO一维纳米结构包括ZnO纳米线、纳米带、纳米片、纳米梳及其复合结构。本发明所提供的纳米线直径为20-100nm，长度达微米量级；纳米带宽度为100-500nm，厚度为10-40nm，长度达几十微米；纳米片厚度为20-100nm，宽度达微米量级；纳米梳为纳米带和纳米针或纳米带和柱状纳米棒组成的复合结构，其中主体纳米带宽度为20-500nm，厚度为10-100nm，长度可达微米量级，纳米棒为直径为20-80nm，长度可达微米量级；准定向生长的纳米线直径为20-60nm、长度达微米量级；准定向的纳米带宽度为30-200nm，厚度为10-40nm，长度达微米量级。
本发明的特点如下1.本发明所提出的直接在含锌合金片上生长ZnO一维纳米材料制备方法，可通过调控合金片中的锌含量、氧化性气氛中的氧偏压及氧化反应的热处理温度，均一地在合金片表面生长出多种形态的的一维ZnO纳米结构薄膜，包括纳米带、纳米线、纳米棒、纳米梳等。
2.本发明所提出的直接在含锌合金片上生长ZnO一维纳米材料制备方法，如管式炉反应腔中含锌合金片所处位置的温度场恒定，可在任意尺寸大小的含锌合金片上生长出均一的ZnO一维纳米结构薄膜。
3.本发明所提出的直接在含锌合金片上生长ZnO一维纳米材料制备方法，可在合金片表面生长出结构均一、不含其它杂质，而且与基底的黏附性好ZnO一维纳米结构薄膜，这种纳米结构可直接应用于场致电子发射、光致发光、传感器等领域的研究中。
4.本发明所提出的直接在含锌合金材料上生长ZnO一维纳米材料制备方法，合金材料中的锌提供了ZnO一维纳米材料生长时所需的锌源，合金中的Cu等充当了ZnO一维纳米结构直接生长的基底及性能和应用研究中的导电电极，因而实现了纳米材料的制备、组装与功能化的集成。
5.本发明所提出的直接在含锌合金材料上生长ZnO一维纳米材料制备方法，可延伸到其它氧化物、硫化物等化合物纳米结构的制备。
图1本发明生长ZnO一维纳米结构的试验装置示意图。
(1)气源；(2)稳压阀；(3)稳流阀；(4)质量流量计；(5)四通活塞；(6)水饱和器；(7)气体入口；(8)生长室；(9)刚玉舟；(10)含锌合金片或合金粒子；(11)加热及控温系统；(12)气体出口。
图2黄铜(Cu-Zn合金)的相3用本发明的方法以Cu-Zn合金片为原料，在600℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛下，经过简单氧化反应制得的ZnO纳米片的扫描电镜照片。
图4用本发明的方法以Cu-Zn合金片为原料，在700℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛下，经过简单氧化反应制得的ZnO纳米带的扫描电镜照片。
图5用本发明的方法以Cu-Zn合金片为原料，在75O℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛下，经过简单氧化反应制得的ZnO纳米梳的扫描电镜照片。
图6用本发明的方法以Cu-Zn合金片为原料，在850℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛下，经过简单氧化反应制得的ZnO纳米线的扫描电镜照片。
图7用本发明的方法以Cu-Zn合金片为原料，在950℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛下，经过简单氧化反应制得的ZnO纳米线的扫描电镜照片。
图8用本发明的方法以Cu-Zn合金片为原料，在900℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛，1300Pa的真空条件下，经过简单氧化反应制得的ZnO纳米棒阵列的扫描电镜照片。
图9用本发明的方法以Cu-Zn合金片为原料，在700℃，Ar/O2(Ar∶O2＝48∶2sccm)气氛，1300Pa真空条件下，制备ZnO纳米带阵列的扫描电镜照片。
图10用本发明的方法以Cu-Zn合金片为原料，在900℃，Ar/H2O(Ar＝50sccm)气氛下，经过简单氧化反应制得的ZnO纳米梳的扫描电镜照片。
图11用本发明的方法以Ni-Cu-Zn合金片为原料，在900℃，Ar/H2O(Ar＝50sccm)气氛下，经过简单氧化反应制得的ZnO纳米线的扫描电镜照片。
图12用本发明的方法以Ni-Cu-Zn合金片为原料，在900℃，Ar/O2(Ar∶O2＝48∶2sccm)气氛下，经过简单氧化反应制得的ZnO纳米线的扫描电镜照片。
图13用本发明的方法以Ni-Cu-Zn合金片为原料，在700℃，Ar/O2(Ar∶O2＝48∶2sccm)气氛，1300Pa真空条件下，经过简单氧化反应制得的ZnO纳米带的扫描电镜照片。
图14用本发明的方法以Cu-Zn合金微粒为原料，在800℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛，1300Pa真空条件下，经过简单氧化反应制得的ZnO纳米线的透射电镜照片。
图15用本发明方法制得的ZnO纳米结构的的XRD谱。
图16用本发明方法制得的ZnO纳米结构的的EDS能谱。
具体实施例方式
实施例1 以Cu-Zn合金片为原料，在600-650℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛下，制备ZnO纳米片。
将1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于刚玉管中心区域，然后反复充氩气和用机械泵抽空3-5次，在氩气氛围下(46sccm)以每分钟10℃的升温速率升温到600-650℃，然后通入4sccm的O2，反应1小时。在Cu-Zn合金片表面生长出厚度20-40nm，宽度800-2000nm，长度微米量级的ZnO纳米片。(见图3)实施例2 以Cu-Zn合金片为原料，在700℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛下，制备ZnO纳米带。
将1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于刚玉管中心区域，然后反复充氩气和用机械泵抽空3-5次，在氩气氛围下(46sccm)以每分钟10℃的升温速率升温到700℃，然后通入4sccm的O2，反应1小时。在Cu-Zn合金片表面生长出宽度为200-400nm，厚度为20-40nm，长度几十微米的纳米带。(见图4)实施例3 以Cu-Zn合金片为原料，在750-790℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛下，制备ZnO纳米梳。
将1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于刚玉管中心区域，然后反复充氩气和用机械泵抽空3-5次，在氩气氛围下(46sccm)以每分钟10℃的升温速率升温到750-790℃，然后通入4sccm的O2，反应1小时。纳米带和纳米棒复合而成的梳状的ZnO纳米结构，其中主体纳米带宽为100-400nm，纳米棒直径为10-30nm。(见图5)实施例4 以Cu-Zn合金片为原料，在850-890℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛下，制备ZnO纳米线。
将1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于刚玉管中心区域，然后反复充氩气和用机械泵抽空3-5次，在氩气氛围下(46sccm)以每分钟10℃的升温速率升温到850-890℃，然后通入4sccm的O2，反应1小时。在Cu-Zn合金片表面生长出直径为20-100nm，长度达几十微米纳米线。(见图6)实施例5 以Cu-Zn合金片为原料，在950-1000℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛下，制备ZnO纳米线。
将1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于刚玉管中心区域，然后反复充氩气和用机械泵抽空3-5次，在氩气氛围下(46sccm)以每分钟10℃的升温速率升温到950-1000℃，然后通入4sccm的O2，反应1小时。在Cu-Zn合金片表面生长出直径为20-60nm，长度达几十微米纳米线。(见图7)实施例6 以Cu-Zn合金片为原料，在900-940℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛，1300Pa的真空条件下，制备ZnO纳米棒阵列。
将1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于刚玉管中心区域，然后反复充氩气和用机械泵抽空3-5次，在氩气氛围下(46sccm)，1100-1300Pa的真空条件下，以每分钟10℃的升温速率升温到900-940℃，然后通入4sccm的O2，反应1小时。在Cu-Zn合金片表面生长出直径为60-120nm的纳米棒阵列。(见图8)实施例7 以Cu-Zn合金片为原料，在700-750℃，Ar/O2(Ar∶O2＝48∶2sccm)气氛，1300Pa真空条件下，制备ZnO纳米带阵列。将1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于刚玉管中心区域，然后反复充氩气和用机械泵抽空3-5次，在氩气氛围下(46sccm)，1100-1300Pa的真空条件下，以每分钟10℃的升温速率升温到700-750℃。通入2sccm的O2，反应1小时。在Cu-Zn合金片表面生长出直径为宽度为50-300nm，厚度为10-40nm，长度达几十微米纳米带阵列。(见图9)实施例8 以Cu-Zn合金片为原料，在900-950℃，Ar/H2O(Ar＝50sccm)气氛下，制备ZnO纳米梳。
将1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于刚玉管中心区域，然后反复充氩气和用机械泵抽空3-5次，常压下，在氩气氛围下(46sccm)以每分钟10℃的升温速率升温到900-950℃。然后将氩气切换到盛有蒸馏水的饱和器，在Ar/H2O气氛围反应1小时。在Cu-Zn合金片表面生长出纳米带和柱状纳米棒组成的梳状ZnO纳米结构，其中主体纳米带宽度为20-500nm，厚度为10-100nm，纳米棒为直径为20-80nm。(见图10)实施例9 以Ni-Cu-Zn合金片为原料，在900-940℃，Ar/H2O(Ar＝50sccm)气氛下，制备ZnO纳米线。
将1×1cm2大小的Ni-Cu-Zn合金片，置于刚玉管中心区域，然后反复充氩气和用机械泵抽空3-5次，常压下，在氩气氛围下(46sccm)以每分钟10℃的升温速率升温到900-940℃。然后将氩气切换到盛有蒸馏水的饱和器，在Ar/H2O气氛围反应1小时。在Ni-Cu-Zn合金片表面生长出直径为20-60nm，长度达几十微米纳米线(见图11)根据上述反应条件，以铅黄铜片，硅黄铜片，镍黄铜片、锰黄铜片以及铝黄铜片为原料制备ZnO纳米结构的实验，结果基本相同。合金片中含锌量为10-50％的范围有多个样品，覆盖的范围较宽。
实施例10 以Ni-Cu-Zn合金片为原料，在900-940℃，Ar/O2(Ar∶O2＝48∶2sccm)气氛下，制备ZnO纳米线。
将1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于刚玉管中心区域，然后反复充氩气和用机械泵抽空3-5次，在氩气氛围下(46sccm)以每分钟10℃的升温速率升温到900-940℃。通入4sccm的O2，反应1小时。在Cu-Zn合金片表面生长出直径为20-60nm，长度达几十微米纳米线。(见图12)实施例11 以Ni-Cu-Zn合金片为原料，在700-750℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛，1300Pa真空条件下制备ZnO纳米带。
将1×1cm2大小的Cu-Zn合金片，置于刚玉管中心区域，然后反复充氩气和用机械泵抽空3-5次，在氩气氛围下(46sccm)，1100-1300Pa的真空条件下，以每分钟10℃的升温速率升温到700-750℃。通入2sccm的O2，反应1小时。在Cu-Zn合金片表面生长出直径为宽度为50-300nm，厚度为10-40nm，长度达微米量级的纳米带。(见图13)。根据上述反应条件，以铅黄铜片，硅黄铜片，镍黄铜片、锰黄铜片以及铝黄铜片为原料制备ZnO纳米结构的实验，结果基本相同。合金片中含锌量为5-50％的范围有多个样品，覆盖的范围较宽。
实施例12 以Cu-Zn合金微粒为原料，在800-850℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛，1300Pa真空条件下，制备ZnO纳米线。Cu-Zn合金微粒的粒径在20-300目均可。
将Cu-Zn合金微粒(200目)，置于刚玉管中心区域，然后反复充氩气和用机械泵抽空3-5次，在氩气氛围下(46sccm)，1100-1300Pa的真空条件下，以每分钟10℃的升温速率升温到800-850℃。通入4sccm的O2，反应1小时。得到直径为10-80nm，长度达微米量级的纳米线(见图14)。
上述反应的不同的温度条件如在700℃和900℃温度下反应结果相同。
上述的含锌合金也可为通过固相化学反应和液相法制得的二元或三元含锌的金属合金粒子如Ni-Zn、Ni-Cu-Zn、Mn-Cu-Zn、Fe-Cu-Zn、Pb-Cu-Zn、Si-Cu-Zn，含锌量可为5-80％，覆盖的范围较宽。按照上述反应条件，制备的ZnO纳米结构与上述相同。
权利要求
1.一种直接在含锌合金材料上生长ZnO一维纳米材料的方法，其特征在于以含锌5～80％的铜锌合金片为基底并提供锌源，在较低的温度下进行氧化处理，在常压下或在真空条件下，通过控制铜锌合金材料中的5-80％重量比的含锌量，氧化处理时混合气体中的氧偏压及反应温度，直接在含锌合金材料表面生长出不同形貌的氧化锌一维纳米材料，包括纳米线、纳米带、纳米片、纳米梳以及定向的纳米线和纳米带阵列；氧化处理温度为600-1000℃，时间为20-300min；氧化处理的反应混合气为Ar/O2、Ar/H2O、N2/O2或N2/H2O的混合气，其中O2或气态的H2O含量为2～20％体积比，气态的H2O是以Ar或N2载气，通过鼓泡法带到反应腔的。
2.根据权利要求1所述的直接在含锌合金材料上生长ZnO一维纳米材料的方法，其特征在于所得的纳米线直径为20-100nm，长度达微米量级；纳米带宽度为100-500nm，厚度为10-40nm，长度达几十微米；纳米片厚度为20-100nm，宽度达微米量级；纳米梳为纳米带和柱状纳米棒组成的复合结构，其中主体纳米带宽度为20-500nm，厚度为10-100nm，长度达微米量级，纳米棒为直径为20-80nm，长度可达微米量级；准定向生长的纳米线直径为20-60nm、长度达微米量级；准定向的纳米带宽度为30-200nm，厚度为10-40nm，长度达微米量级。
3.根据权利要求1所述的直接在含锌合金材料上生长ZnO一维纳米材料的方法，其特征在于铜锌合金片为铜和锌二元合金组成的普通黄铜片，或以锌作为为主要元素的其它多组元合金片含铅黄铜片，硅黄铜片，镍黄铜片、锰黄铜片或铝黄铜片，其中锌含量为5～80％。
4.根据权利要求1所述的直接在含锌合金材料上生长ZnO一维纳米材料的方法，其特征在于氧化处理是在密闭的管式炉反应腔中进行，反应管可为石英管、刚玉管、陶瓷管或不锈钢管。
5.根据权利要求1所述的直接在含锌合金材料上生长ZnO一维纳米材料的方法，其特征在于以含锌5-80％合金粒子为基底并提供锌源，直接在合金粒子表面生长出ZnO纳米线、纳米带或纳米棒；铜锌的合金粒子为商业上的黄铜、铅黄铜，硅黄铜，镍黄铜或锰黄铜微粒，或通过固相化学反应和液相法制得的二元或三元铜锌金属合金粒子，如Ni-Zn、Ni-Cu-Zn、Mn-Cu-Zn、Fe-Cu-Zn、Pb-Cu-Zn、Si-Cu-Zn等，含锌量为5-80％。
6.根据权利要求1所述的直接在含锌合金材料上生长ZnO一维纳米材料的方法，其特征在于在600-650℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛下，制备ZnO纳米片；在700℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛下，制备ZnO纳米带；在700-750℃，Ar/O2(Ar∶O2＝48∶2sccm)气氛，1300Pa真空条件下，制备ZnO纳米带阵列；在750-790℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛下，制备ZnO纳米梳；在850-1000℃，Ar/O2(Ar∶O2＝46∶4sccm)气氛下，制备ZnO纳米线。
7.根据权利要求1所述的直接在含锌合金材料上生长ZnO一维纳米材料的方法，其特征在于在ZnO一维纳米材料生长过程中合金片中的锌提供了ZnO一维纳米材料生长时所需的锌源，合金中的Cu等充当了生长的基底。
8.根据权利要求1所述的直接在含锌合金材料上生长ZnO一维纳米材料的方法，其特征在于直接在合金片表面生长出的氧化锌一维纳米材料用于场致电子发射、传感器或光致发光领域。
全文摘要
直接在含锌合金材料上生长ZnO一维纳米材料的方法，以含锌5～80％的铜锌合金片为基底并提供锌源，在较低的温度下进行氧化处理，通过控制铜锌合金材料中的5－80％重量比的含锌量，氧化处理时混合气体中的氧偏压及反应温度，直接在含锌合金材料表面生长出不同形貌的氧化锌一维纳米材料，包括纳米线、纳米带、纳米片、纳米梳以及定向的纳米线和纳米带阵列；氧化处理温度为600－1000℃，时间为20－300min；氧化处理的反应混合气为Ar/O
文档编号B82B3/00GK1868892SQ20061004032
公开日2006年11月29日 申请日期2006年5月15日 优先权日2006年5月15日
发明者霍开富, 胡征, 胡业旻, 马延文, 陈懿 申请人:南京大学