形貌和摻雜對納米ZnO吸波性能影響的研究進展

王士鵬 姜妲 王萍 孟玉 潘夢秋

摘 ? 要：納米氧化鋅是一種多功能性的無機納米材料。由于納米氧化鋅在光、電、磁、敏感等方面的特性，使其在諸多領域有非常重要的應用價值。本文就形貌和摻雜對納米氧化鋅吸波性能影響的研究進展進行綜述。

關鍵詞：納米氧化鋅 ?吸波材料 ?形貌 ?摻雜

中圖分類號：TB34 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）11（b）-0099-02

近年來納米氧化鋅在磁學、光學、電學等方面的特殊性能，使其在電子、生物、陶瓷等領域有非常重要的應用價值，因此有關納米氧化鋅的應用研究受到極大關注。其中納米氧化鋅因為其質量輕、顏色淺、能有效吸收不用頻率的電磁波，作為吸波材料的應用更是成為當下研究熱點。本文就國內外納米氧化鋅吸波性能研究進展進行概述。

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換為熱能而損耗掉的一類材料。現代社會中吸波材料的應用也十分廣泛，如戰爭中的隱身武器裝備，計算機、通信等現代科學技術中的電磁兼容技術，還有電磁污染防控中的綠色吸波材料等[1]。近年來，國內外學者對于吸波材料的研究進行了積極有效的探索，發現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異特性成為當今吸波材料研究的熱點，已有研究發現形貌和有無摻雜元素會對納米氧化的吸波性能有不同的影響。

2 ?形貌對吸波性能的影響

納米氧化鋅的制備技術決定了納米氧化鋅的微觀形貌，進一步決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、層狀等結構，特殊形貌還有四針狀等。

馬傳國等人[3]以尿素為沉淀劑，與鋅鹽和活性炭AC反應，制得AC/nano-ZnO復合物。通過控制不同熱分解溫度獲得大尺寸的片狀結構、完善的球狀結構、粒狀結構等不同形貌的納米氧化鋅。經過比較得出了大尺寸片狀結構氧化鋅具有較好的吸波特性的結論。

目前對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軸方向為生長方向的形態上[4]，同時非c軸生長的納米氧化鋅材料的吸波性能也受到更多的關注。劉晶等人[5]應用熔鹽、水熱、類離子液體法分別合成非c軸生長的氧化鋅納米枝晶、納米片以及納米六方錐等非常規氧化鋅納米結構材料，系統的研究不同形貌的吸波性能，同時還與一些商品級氧化鋅微粉進行了對比。

特殊形貌的納米氧化鋅也逐漸受到人們的關注，如劉紅等人[6]合成具有四針狀結構和納米級針體直徑的T-ZnOw，因其本身特殊的形貌當其與基體復合時易形成三維連續網狀結構，具有很好的微波吸收性能。該材料可用于生產制造“隱身冶型戰機或導彈”， 這對于國防科技中隱身材料的研究有一定的試驗意義。

閆軍鋒等人[7]用乙酸鋅（Zn（CH3COO）2·2H20）為源物質，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，通過比對不同的反應物濃度，反應溫度，反應時間，對納米氧化鋅的成核機理，生長過程，形貌及其吸波性能進行研究，得出了環境驅動力是多孿生中心核內部組成核子幾何配置的關鍵因素，而飽和度是菊花狀ZnO納米線簇生長動力的結論，這對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于吸波性能有著不同的影響，更寬和更廣的形貌探索對于納米氧化鋅性能的研究和更廣泛的應用有著很大的幫助。

3 ?摻雜元素對吸波性能的影響

只有Zn元素時材料的吸波能力較弱、吸波波段窄，添加摻雜元素會擴大吸波頻段、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）。通過比對不同含量的摻雜效果，發現當Ni2+離子含量為x=0.04時納米氧化鋅擁有最好的吸波性能。同樣的實驗條件下若將Fe2+摻雜進入ZnO中，取代Zn2+，制備FexZn1-xO（x=0，0.04，0.08和 0.12），會發現在低頻率測試范圍內，Fe2+離子的摻雜對樣品的反射率幾乎并未造成特殊的影響，超出低頻范圍后，對反射損耗的影響起伏比較大。通過尚等人的實驗結果對比，我們會發現不同的摻雜元素和不同的摻雜比例對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氧化鋅晶體，并對納米級片狀氧化鋅晶體進行摻雜鐵元素和鈷元素。經檢測摻雜鐵和鈷的納米氧化鋅的紅外光譜會發生吸收峰紅動，峰形和位置寬化現象，同時還會有新的吸收峰出現，表現出良好的紅外吸波特性，結果表明，鐵和鈷的摻雜對于提高氧化鋅的吸波性能有著很大幫助。

目前對于金屬離子摻雜納米氧化鋅吸波性能的研究越來越受到人們的重視，合適的金屬離子摻雜和適當的比例會極大提高納米氧化鋅的吸波性能，對于摻雜離子種類更多更廣的研究對于提高納米氧化鋅的性能和更廣泛的應用有著很大的幫助。

4 ?結語

近年來，納米氧化鋅在諸多方面的應用越來越廣泛，通過對其吸波性能研究現狀的總結，我們發現每種制備方法都存在一定的優勢和缺陷，不同的摻雜元素和比例會對納米氧化鋅吸波性能產生很大的影響。如何合成形貌可控，根據不同的性能選擇最佳摻雜元素、比例仍是當前研究的關鍵。對于納米氧化鋅吸波性能的深入研究將極大的擴寬其在電子、生物、陶瓷等諸多領域的應用，這將對科技的發展有著十分深遠的意義。

參考文獻

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[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] 田會娟，郭強強，郝斌等.表面活性劑對納米氧化鋅和發光性能的影響[J].材料導報， 2016，30（2）：69-72.

[5] 劉晶，宮元勛，匡勤，et al.特殊形貌納米氧化鋅的吸波性能研究[J].廈門大學日報（自然版），2009，48（6）：848-853.

[6] 劉紅，高翠翠，羅小春.四針狀氧化鋅晶須的性能及應用[J].廣州化工，2017（7）.

[7] 閆軍鋒.菊花狀ZnO納米線簇的制備及其吸波性能研究[D].西北大學，2009.

[8] 尚懷宇.金屬離子摻雜的納米氧化鋅的制備及性能研究[D].2017.

[9] 劉美琪，陳學青，王志彥，et al.鐵、鈷摻雜氧化鋅納米材料及其紅外吸波性能研究[J].人工晶體學報，2016（12）：2785-2789，共5頁.