为了深入了解添加剂在合成过程中发挥的作用机理，我们对合成样品进行SEM研究。如图2.6.3（a）所示，当不加入PEG 表面活性剂时，生成大量的ZnO 纳米棒。众所周知，六方晶系ZnO 晶体具有极性和非极性面，即底部的极性富氧六边形晶面（
），顶部暴露的极性富锌六边形晶面（0001）和由非极性面组成的低指数面（平行于c 轴）。具有表面偶极子的极性晶面在热力学上比非极性面更不稳定，经常重新排列以降低其表面能。不同晶面的选择性吸附会导致晶面的不同生长速率，即v（0001）＞v{
}＞v{
}＞v{
}＞v（
）。因此，在水热条件下不存在表面活性剂时，（0001）晶面在能量上是最高的，并且具有比其他平面更快的生长速率。在合成系统中，NaOH 用作pH 缓冲剂以释放氢氧根离子，氢氧根离子随后与锌离子反应形成
，同时
是ZnO 的生长基元，它们在温和的条件下聚集在一起形成均匀沉淀最终生成ZnO。同时，
，倾向于吸附在（0001）晶面上以降低表面能，因此ZnO 晶体一直沿[0001]方向生长，形成了棒状ZnO。
图2.6.3 ZnO 纳米棒SEM 图像和ZnO 纳米花SEM 图像(www.xing528.com)
然而，当将PEG 加入溶液中时，ZnO 纳米棒组装在一起并形成ZnO 花[图2.6.3（b）]，表明添加PEG 是形成ZnO 花的关键。众所周知，PEG 是非离子表面活性剂，在其长链上具有亲水性基团—O—和—CH2—CH2—，PEG 可以很好地溶解在水中，因此PEG 链上的大量氧可以容易地与Zn2+反应，从而使Zn2 +能够在溶液中聚集在PEG 的长链上。因而，在合成过程中，PEG 作为模板的作用，使得ZnO 纳米棒在上面聚集生长成花状。
基于上述实验结果，我们提出了如图2.6.4 所示的ZnO 花可能的生长机理。在初始阶段，长链PEG 分子是自聚集在一起，以降低它们的表面能并形成一些PEG 团簇，为ZnO 晶体提供了初始的成核位点。随着水热反应的进行，溶液中产生大量的
生长基元并逐渐饱和，此时在溶液中形成ZnO 晶核。进一步水热处理下，许多微小的ZnO 晶体将在PEG 链上形核并生长，同时
生长基元将在（0001）晶面上吸附并沿[0001]方向生长，导致生成棒状ZnO。随着水热反应时间的延续，大量的棒状ZnO 生长在PEG 簇上，最终形成花状ZnO。
图2.6.4 ZnO 的生长机理
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