采用溶膠-凝膠的方法在玻璃基片上制備了納米ZnO薄膜，利用月桂酸鈉、硅烷偶聯(lián)劑對(duì)ZnO 薄膜進(jìn)行改性以研究不同改性過程對(duì)ZnO薄膜光學(xué)及親水性能的影響。利用接觸角測(cè)試、掃描電鏡、紫外可見光光度計(jì)、熒光光譜儀等方法研究了改性后的納米氧化鋅薄膜的微結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能及親水疏水性等。結(jié)果表明，采用不同的改性劑或不同的改性劑并用體系可以使氧化鋅薄膜表面的施主缺陷濃度不同，從而導(dǎo)致氧化鋅薄膜的光學(xué)性能及表面親水疏水性隨改性過程的不同而呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律。
納米ZnO 粒子尺寸小，比表面積大，具有明顯的表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、體積效應(yīng)等特點(diǎn)，使其在化學(xué)、光學(xué)、生物學(xué)等諸多方面表現(xiàn)出獨(dú)特的物理和化學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于導(dǎo)電材料、壓電材料、橡膠工業(yè)等眾多方面。但是納米ZnO 易團(tuán)聚、難分散，具有親水疏油的特性，使氧化鋅作為無機(jī)添加劑時(shí)，應(yīng)用效率較低。近年來，采用表面改性劑對(duì)氧化鋅表面改性以改變其表面性質(zhì)的研究屢有報(bào)道。王國(guó)宏等應(yīng)用月桂酸鈉、硬脂酸等改性劑嘗試對(duì)氧化鋅進(jìn)行改性，余麗娟等運(yùn)用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)氧化鋅進(jìn)行改性，此類研究均在一定程度上改善了氧化鋅的疏水特性。本文使用月桂酸鈉、硅烷偶聯(lián)劑及其并用體系對(duì)氧化鋅薄膜進(jìn)行改性，測(cè)試了改性劑對(duì)ZnO 薄膜材料的光學(xué)性能、親水疏水性能的影響，并討論了改性劑對(duì)納米ZnO 薄膜性能的影響機(jī)制。
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1、主要試劑及儀器
試劑：Zn(COOH)2，乙二醇甲醚，無水乙醇，乙醇胺，硅烷偶聯(lián)劑( KH560) ，月桂酸鈉，以上均為分析純。
儀器：磁力加熱攪拌器，超聲波清洗器，掃描電鏡(SEM，S-4800，Hitachi) ，紫外可見光分度計(jì)(UV-2500，Shimadzu) ，勻膠機(jī)，接觸角測(cè)試儀，熒光光譜儀(F-4500，Hitachi) 。
1.2、ZnO 薄膜的制備
分別選擇Zn( COOH)2、乙二醇甲醚和乙醇胺作為前驅(qū)體、溶劑和穩(wěn)定劑，按照如下方法配置溶膠。將一定量的Zn( COOH)2溶解于乙二醇甲醚中，再加入一定量的乙醇胺，水浴加熱一定時(shí)間并不斷攪拌，制得透明均勻的淺黃色膠體，陳化24 h。實(shí)驗(yàn)采用石英玻璃片為基底，以3000 r /min 的速度進(jìn)行勻膠鍍膜；得到的溶膠層在150℃熱處理10 min，然后在600℃下退火2 h，得到氧化鋅薄膜樣品。
1.3、表面改性
分別配制濃度為0.1 mol /L 的KH560 和月桂酸鈉的水溶液作為改性液。取10 ml 前述兩種改性液中的一種改性液放入燒杯中，加入磁子，放入氧化鋅薄膜樣品，在磁力攪拌器上以50℃的溫度恒溫加熱10min，取出薄膜用去離子水清洗，烘干，得到一次改性后的樣品。若將此第一次改性的樣品放入另一種改性液中采用同樣過程改性10 min，則得到二次改性的樣品。采用不同改性劑和不同改性次數(shù)下得到的5 種樣品的標(biāo)記方式在表1 中列出。
1.4、ZnO 薄膜的表征和接觸角的測(cè)定
用接觸角測(cè)試儀對(duì)樣品表面進(jìn)行接觸角的測(cè)量，用SEM 對(duì)薄膜的形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。用紫外可見光分度計(jì)測(cè)量薄膜的光透過率及光學(xué)帶隙，用熒光光譜儀測(cè)量薄膜的光致發(fā)光(PL) 圖譜。
2、結(jié)論
采用溶膠凝膠法制備氧化鋅薄膜。使用月桂酸鈉，KH560 對(duì)氧化鋅薄膜進(jìn)行改性。SEM 結(jié)果表明，運(yùn)用月桂酸鈉改性的樣品和先用KH560 后用月桂酸鈉改性的樣品其表面形貌相似，與其他改性方式改性的樣品表面形貌有所區(qū)別。經(jīng)過不同改性方式的樣品在可見光區(qū)的透過率較大，而在紫外光區(qū)的透過率較小，且改性劑添加的順序不同對(duì)于禁帶寬度的影響不同，先經(jīng)過KH560 改性后經(jīng)過月桂酸鈉改性的樣品的禁帶寬度z*小。
樣品的PL 譜和禁帶寬度結(jié)果表明，月桂酸鈉和KH560可以使氧化鋅表面的施主缺陷( Zni缺陷) 的濃度增加。改性劑對(duì)樣品進(jìn)行改性時(shí)，改性劑分子與樣品形成的物質(zhì)，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，由于空間效應(yīng)，可能使氧化鋅晶格的鋅原子脫離原來的位置，形成間隙鋅原子。使用兩種改性劑改性的效果與單一改性劑改性的效果不同，且改性順序不同對(duì)缺陷濃度增加的效果不同，并由此導(dǎo)致不同改性過程下得到的樣品接觸角、PL 譜和紫外可見光透過率光譜有一定不同。
