模板辅助生长法优化技巧

利用热蒸发的方法虽然可制备出许多种ZnO 纳米结构，然而制备过程的可控性不好。因而，一些科研小组采用模板的方法来制备出形貌可控的ZnO 纳米结构。模板法的主要原理是利用具有中空通道的模板限制材料的生长方向，让其沿着一维方向生长。利用模板法能使材料形貌可控、大小均匀和生长有序等，因而被广泛用来制备一维纳米材料。

一般来说，模板可分为软模板和硬模板。软模板是在有机物分子链卷曲或者伸缩力的带动下控制一维纳米材料的生长，这种方法很少在ZnO 纳米结构制备中被使用，很多研究小组都利用硬模板的方法制备形貌可控的ZnO 纳米结构。硬模板就是利用模板材料本身所拥有的形貌或者特征，来控制一维纳米材料的生长。哈尔滨工业大学的武详采用Zn 片作衬底，ZnS 粉末和Zn 粉末的混合物作为蒸发源，合成产物为ZnO 亚微米棒阵列，从图1.1.8 中可以看出，ZnO 亚微米棒呈放射状地生长在Zn 微球表面，单个亚微米棒的平均直径约500 nm，长约1 μm，棒的顶部平整，截面为六边形。

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图1.1.8　ZnO 亚微米棒阵列的扫描电镜像

从上面的例子可看出，利用模板的方法可制备形貌可控的ZnO 纳米结构。由于模板法制备纳米结构的机理和过程比较简单，因此模板法在一维纳米材料的制备中发挥了重要作用。在利用模板法制备ZnO 纳米结构的同时可结合其他的一些方法，以实现新奇的纳米结构的制备。例如，2001 年，美国Kentucky 大学的Hu 等在硅基底上沉积一层铝，然后将其阳极氧化形成有序纳米孔阵列的氧化铝模板，并用电沉积法在纳米孔中引入催化剂，再用化学气相沉积方法制得有序碳纳米管阵列，纳米管的直径和长度可通过模板的孔径进行调控。同样，在利用模板制备ZnO 纳米结构过程中，可以借鉴其他材料的一些制备方法，以实现多样化可控的ZnO 纳米结构的制备。用模板法虽然实现了可控的纳米结构的制备，但是所制备的一维纳米材料产量低、质量不高、容易在材料中形成杂质，并且最后通常还要去除模板，目前人们还继续在探索制备ZnO 纳米结构更有效的方法。