形貌和摻雜對(duì)納米ZnO吸波性能影響的研究進(jìn)展

王士鵬 姜妲 王萍 孟玉 潘夢(mèng)秋

摘 ? 要：納米氧化鋅是一種多功能性的無(wú)機(jī)納米材料。由于納米氧化鋅在光、電、磁、敏感等方面的特性，使其在諸多領(lǐng)域有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。本文就形貌和摻雜對(duì)納米氧化鋅吸波性能影響的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞：納米氧化鋅 ?吸波材料 ?形貌 ?摻雜

中圖分類號(hào)：TB34 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）11（b）-0099-02

近年來(lái)納米氧化鋅在磁學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等方面的特殊性能，使其在電子、生物、陶瓷等領(lǐng)域有非常重要的應(yīng)用價(jià)值，因此有關(guān)納米氧化鋅的應(yīng)用研究受到極大關(guān)注。其中納米氧化鋅因?yàn)槠滟|(zhì)量輕、顏色淺、能有效吸收不用頻率的電磁波，作為吸波材料的應(yīng)用更是成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)。本文就國(guó)內(nèi)外納米氧化鋅吸波性能研究進(jìn)展進(jìn)行概述。

1 ?納米氧化鋅吸波性能

吸波材料是指能夠吸收或衰減入射電磁波，可將這些電磁波的能量轉(zhuǎn)換為熱能而損耗掉的一類材料?，F(xiàn)代社會(huì)中吸波材料的應(yīng)用也十分廣泛，如戰(zhàn)爭(zhēng)中的隱身武器裝備，計(jì)算機(jī)、通信等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的電磁兼容技術(shù)，還有電磁污染防控中的綠色吸波材料等[1]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于吸波材料的研究進(jìn)行了積極有效的探索，發(fā)現(xiàn)了諸多新型吸波材料[2]。納米氧化鋅吸波材料憑借自身的優(yōu)異特性成為當(dāng)今吸波材料研究的熱點(diǎn)，已有研究發(fā)現(xiàn)形貌和有無(wú)摻雜元素會(huì)對(duì)納米氧化的吸波性能有不同的影響。

2 ?形貌對(duì)吸波性能的影響

納米氧化鋅的制備技術(shù)決定了納米氧化鋅的微觀形貌，進(jìn)一步?jīng)Q定了其不同的吸波性能，納米氧化鋅主要形貌有針狀、旋渦狀、球狀、片狀、層狀等結(jié)構(gòu)，特殊形貌還有四針狀等。

馬傳國(guó)等人[3]以尿素為沉淀劑，與鋅鹽和活性炭AC反應(yīng)，制得AC/nano-ZnO復(fù)合物。通過(guò)控制不同熱分解溫度獲得大尺寸的片狀結(jié)構(gòu)、完善的球狀結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)等不同形貌的納米氧化鋅。經(jīng)過(guò)比較得出了大尺寸片狀結(jié)構(gòu)氧化鋅具有較好的吸波特性的結(jié)論。

目前對(duì)納米氧化鋅吸波性能的研究不僅有在納米線、四足晶須等以c軸方向?yàn)樯L(zhǎng)方向的形態(tài)上[4]，同時(shí)非c軸生長(zhǎng)的納米氧化鋅材料的吸波性能也受到更多的關(guān)注。劉晶等人[5]應(yīng)用熔鹽、水熱、類離子液體法分別合成非c軸生長(zhǎng)的氧化鋅納米枝晶、納米片以及納米六方錐等非常規(guī)氧化鋅納米結(jié)構(gòu)材料，系統(tǒng)的研究不同形貌的吸波性能，同時(shí)還與一些商品級(jí)氧化鋅微粉進(jìn)行了對(duì)比。

特殊形貌的納米氧化鋅也逐漸受到人們的關(guān)注，如劉紅等人[6]合成具有四針狀結(jié)構(gòu)和納米級(jí)針體直徑的T-ZnOw，因其本身特殊的形貌當(dāng)其與基體復(fù)合時(shí)易形成三維連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有很好的微波吸收性能。該材料可用于生產(chǎn)制造“隱身冶型戰(zhàn)機(jī)或?qū)棥保?這對(duì)于國(guó)防科技中隱身材料的研究有一定的試驗(yàn)意義。

閆軍鋒等人[7]用乙酸鋅（Zn（CH3COO）2·2H20）為源物質(zhì)，以氫氧化鈉（NaOH）為礦化劑，采用水熱法制備特殊形貌的菊花狀ZnO納米線簇，通過(guò)比對(duì)不同的反應(yīng)物濃度，反應(yīng)溫度，反應(yīng)時(shí)間，對(duì)納米氧化鋅的成核機(jī)理，生長(zhǎng)過(guò)程，形貌及其吸波性能進(jìn)行研究，得出了環(huán)境驅(qū)動(dòng)力是多孿生中心核內(nèi)部組成核子幾何配置的關(guān)鍵因素，而飽和度是菊花狀ZnO納米線簇生長(zhǎng)動(dòng)力的結(jié)論，這對(duì)于特殊形貌的納米氧化鋅合成有著十分重要的意義。

不同形貌的納米氧化鋅對(duì)于吸波性能有著不同的影響，更寬和更廣的形貌探索對(duì)于納米氧化鋅性能的研究和更廣泛的應(yīng)用有著很大的幫助。

3 ?摻雜元素對(duì)吸波性能的影響

只有Zn元素時(shí)材料的吸波能力較弱、吸波波段窄，添加摻雜元素會(huì)擴(kuò)大吸波頻段、提高吸波能力，摻雜也是提高吸波性能的有效手段。

尚懷宇等人[8]將Ni2+離子摻雜進(jìn)入ZnO晶格中替代部分的Zn2+離子，采用回流法制備出具有良好吸波性能的納米NixZn1-xO（x=0， 0.04，0.08和0.12）。通過(guò)比對(duì)不同含量的摻雜效果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Ni2+離子含量為x=0.04時(shí)納米氧化鋅擁有最好的吸波性能。同樣的實(shí)驗(yàn)條件下若將Fe2+摻雜進(jìn)入ZnO中，取代Zn2+，制備FexZn1-xO（x=0，0.04，0.08和 0.12），會(huì)發(fā)現(xiàn)在低頻率測(cè)試范圍內(nèi)，F(xiàn)e2+離子的摻雜對(duì)樣品的反射率幾乎并未造成特殊的影響，超出低頻范圍后，對(duì)反射損耗的影響起伏比較大。通過(guò)尚等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)不同的摻雜元素和不同的摻雜比例對(duì)于納米氧化鋅的吸波性能均存在不同程度的影響。

劉美琪等人[9]利用氯化鋅和氫氧化鈉在水熱條件下制備梭狀、片狀和棒狀的納米級(jí)氧化鋅晶體，并對(duì)納米級(jí)片狀氧化鋅晶體進(jìn)行摻雜鐵元素和鈷元素。經(jīng)檢測(cè)摻雜鐵和鈷的納米氧化鋅的紅外光譜會(huì)發(fā)生吸收峰紅動(dòng)，峰形和位置寬化現(xiàn)象，同時(shí)還會(huì)有新的吸收峰出現(xiàn)，表現(xiàn)出良好的紅外吸波特性，結(jié)果表明，鐵和鈷的摻雜對(duì)于提高氧化鋅的吸波性能有著很大幫助。

目前對(duì)于金屬離子摻雜納米氧化鋅吸波性能的研究越來(lái)越受到人們的重視，合適的金屬離子摻雜和適當(dāng)?shù)谋壤龝?huì)極大提高納米氧化鋅的吸波性能，對(duì)于摻雜離子種類更多更廣的研究對(duì)于提高納米氧化鋅的性能和更廣泛的應(yīng)用有著很大的幫助。

4 ?結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，納米氧化鋅在諸多方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，通過(guò)對(duì)其吸波性能研究現(xiàn)狀的總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)每種制備方法都存在一定的優(yōu)勢(shì)和缺陷，不同的摻雜元素和比例會(huì)對(duì)納米氧化鋅吸波性能產(chǎn)生很大的影響。如何合成形貌可控，根據(jù)不同的性能選擇最佳摻雜元素、比例仍是當(dāng)前研究的關(guān)鍵。對(duì)于納米氧化鋅吸波性能的深入研究將極大的擴(kuò)寬其在電子、生物、陶瓷等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用，這將對(duì)科技的發(fā)展有著十分深遠(yuǎn)的意義。

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