形貌和掺杂对纳米ZnO吸波性能影响的研究进展

作者:未知

  摘   要:纳米氧化锌是一种多功能性的无机纳米材料。由于纳米氧化锌在光、电、磁、敏感等方面的特性,使其在诸多领域有非常重要的应用价值。本文就形貌和掺杂对纳米氧化锌吸波性能影响的研究进展进行综述。
  关键词:纳米氧化锌  吸波材料  形貌  掺杂
  中图分类号:TB34                                  文献标识码:A                        文章编号:1674-098X(2019)11(b)-0099-02
  近年来纳米氧化锌在磁学、光学、电学等方面的特殊性能,使其在电子、生物、陶瓷等领域有非常重要的应用价值,因此有关纳米氧化锌的应用研究受到极大关注。其中纳米氧化锌因为其质量轻、颜色浅、能有效吸收不用频率的电磁波,作为吸波材料的应用更是成为当下研究热点。本文就国内外纳米氧化锌吸波性能研究进展进行概述。
  1  纳米氧化锌吸波性能
  吸波材料是指能够吸收或衰减入射电磁波,可将这些电磁波的能量转换为热能而损耗掉的一类材料。现代社会中吸波材料的应用也十分广泛,如战争中的隐身武器装备,计算机、通信等现代科学技术中的电磁兼容技术,还有电磁污染防控中的绿色吸波材料等[1]。近年来,国内外学者对于吸波材料的研究进行了积极有效的探索,发现了诸多新型吸波材料[2]。纳米氧化锌吸波材料凭借自身的优异特性成为当今吸波材料研究的热点,已有研究发现形貌和有无掺杂元素会对纳米氧化的吸波性能有不同的影响。
  2  形貌对吸波性能的影响
  纳米氧化锌的制备技术决定了纳米氧化锌的微观形貌,进一步决定了其不同的吸波性能,纳米氧化锌主要形貌有针状、旋涡状、球状、片状、层状等结构,特殊形貌还有四针状等。
  马传国等人[3]以尿素为沉淀剂,与锌盐和活性炭AC反应,制得AC/nano-ZnO复合物。通过控制不同热分解温度获得大尺寸的片状结构、完善的球状结构、粒状结构等不同形貌的纳米氧化锌。经过比较得出了大尺寸片状结构氧化锌具有较好的吸波特性的结论。
  目前对纳米氧化锌吸波性能的研究不仅有在纳米线、四足晶须等以c轴方向为生长方向的形态上[4],同时非c轴生长的纳米氧化锌材料的吸波性能也受到更多的关注。刘晶等人[5]应用熔盐、水热、类离子液体法分别合成非c轴生长的氧化锌纳米枝晶、纳米片以及纳米六方锥等非常规氧化锌纳米结构材料,系统的研究不同形貌的吸波性能,同时还与一些商品级氧化锌微粉进行了对比。
  特殊形貌的纳米氧化锌也逐渐受到人们的关注,如刘红等人[6]合成具有四针状结构和纳米级针体直径的T-ZnOw,因其本身特殊的形貌当其与基体复合时易形成三维连续网状结构,具有很好的微波吸收性能。該材料可用于生产制造“隐身冶型战机或导弹”, 这对于国防科技中隐身材料的研究有一定的试验意义。
  闫军锋等人[7]用乙酸锌(Zn(CH3COO)2·2H20)为源物质,以氢氧化钠(NaOH)为矿化剂,采用水热法制备特殊形貌的菊花状ZnO纳米线簇,通过比对不同的反应物浓度,反应温度,反应时间,对纳米氧化锌的成核机理,生长过程,形貌及其吸波性能进行研究,得出了环境驱动力是多孪生中心核内部组成核子几何配置的关键因素,而饱和度是菊花状ZnO纳米线簇生长动力的结论,这对于特殊形貌的纳米氧化锌合成有着十分重要的意义。
  不同形貌的纳米氧化锌对于吸波性能有着不同的影响,更宽和更广的形貌探索对于纳米氧化锌性能的研究和更广泛的应用有着很大的帮助。
  3  掺杂元素对吸波性能的影响
  只有Zn元素时材料的吸波能力较弱、吸波波段窄,添加掺杂元素会扩大吸波频段、提高吸波能力,掺杂也是提高吸波性能的有效手段。
  尚怀宇等人[8]将Ni2+离子掺杂进入ZnO晶格中替代部分的Zn2+离子,采用回流法制备出具有良好吸波性能的纳米NixZn1-xO(x=0, 0.04,0.08和0.12)。通过比对不同含量的掺杂效果,发现当Ni2+离子含量为x=0.04时纳米氧化锌拥有最好的吸波性能。同样的实验条件下若将Fe2+掺杂进入ZnO中,取代Zn2+,制备FexZn1-xO(x=0,0.04,0.08和 0.12),会发现在低频率测试范围内,Fe2+离子的掺杂对样品的反射率几乎并未造成特殊的影响,超出低频范围后,对反射损耗的影响起伏比较大。通过尚等人的实验结果对比,我们会发现不同的掺杂元素和不同的掺杂比例对于纳米氧化锌的吸波性能均存在不同程度的影响。
  刘美琪等人[9]利用氯化锌和氢氧化钠在水热条件下制备梭状、片状和棒状的纳米级氧化锌晶体,并对纳米级片状氧化锌晶体进行掺杂铁元素和钴元素。经检测掺杂铁和钴的纳米氧化锌的红外光谱会发生吸收峰红动,峰形和位置宽化现象,同时还会有新的吸收峰出现,表现出良好的红外吸波特性,结果表明,铁和钴的掺杂对于提高氧化锌的吸波性能有着很大帮助。
  目前对于金属离子掺杂纳米氧化锌吸波性能的研究越来越受到人们的重视,合适的金属离子掺杂和适当的比例会极大提高纳米氧化锌的吸波性能,对于掺杂离子种类更多更广的研究对于提高纳米氧化锌的性能和更广泛的应用有着很大的帮助。
  4  结语
  近年来,纳米氧化锌在诸多方面的应用越来越广泛,通过对其吸波性能研究现状的总结,我们发现每种制备方法都存在一定的优势和缺陷,不同的掺杂元素和比例会对纳米氧化锌吸波性能产生很大的影响。如何合成形貌可控,根据不同的性能选择最佳掺杂元素、比例仍是当前研究的关键。对于纳米氧化锌吸波性能的深入研究将极大的扩宽其在电子、生物、陶瓷等诸多领域的应用,这将对科技的发展有着十分深远的意义。
  参考文献
  [1] 张丽,谢建良,周佩珩等.Fe/W型铁氧体复合材料微波特性研究[J].电子科技大学学报,37(3):447-449.
  [2] 刘顺华,刘军民,董星龙等.电磁波屏蔽及吸波材料[MJ.北京:化学工业出版社,2007:243.256.
  [3] Heo.Y W,Varadarajan.V Kaufnaan.M,et a1.Site-specific growth of ZnO nanorods using catalysis driven molecular-beam epitaxy[J].Appl.Phys.Lett.,2002,81:3064.
  [4] 田会娟,郭强强,郝斌等.表面活性剂对纳米氧化锌和发光性能的影响[J].材料导报, 2016,30(2):69-72.
  [5] 刘晶,宫元勋,匡勤,et al.特殊形貌纳米氧化锌的吸波性能研究[J].厦门大学日报(自然版),2009,48(6):848-853.
  [6] 刘红,高翠翠,罗小春.四针状氧化锌晶须的性能及应用[J].广州化工,2017(7).
  [7] 闫军锋.菊花状ZnO纳米线簇的制备及其吸波性能研究[D].西北大学,2009.
  [8] 尚怀宇.金属离子掺杂的纳米氧化锌的制备及性能研究[D].2017.
  [9] 刘美琪,陈学青,王志彦,et al.铁、钴掺杂氧化锌纳米材料及其红外吸波性能研究[J].人工晶体学报,2016(12):2785-2789,共5页.
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