在锌片基底上制备玉米状多级结构氧化锌纳米棒阵列薄膜.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102765743A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102765743A(43)申请公布日2012.11.07(21)申请号201210243991.7(22)申请日2012.07.16(71)申请人四川大学地址610065四川省成都市武侯区一环路南一段24号(72)发明人黄忠兵贺勉尹光福严香廖晓明姚远东(51)Int.Cl.C01G9/02(2006.01)B82Y30/00(2011.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图11页(54)发明名称在锌片基底上制备玉米状多级结构氧化锌纳米棒阵列薄膜(57)摘要本发明公开了一种制备玉米状多级结构ZnO纳米棒阵列薄膜的方法，其特征在于包括以下步骤：首先将锌片置于一定温度的马弗炉中保温，以获得ZnO纳米颗粒种子层；然后将等摩尔的六水合硝酸锌与六次甲基四胺溶解配制成阵列生长体系溶液；再将锌片垂直插入阵列生长体系溶液中水浴保温生长，期间加入巯基丁二酸；最后取出锌片、冲洗、晾干，即得到棒芯直径40~200nm、外壳粒径10~80nm、棒长0.2~2µm的玉米状多级结构ZnO纳米棒阵列薄膜。本发明通过调控锌片在马弗炉中保温温度与时间、阵列生长体系溶液浓度与水浴保温温度，能有效控制多级结构ZnO纳米棒阵列的生长尺寸从而形成薄膜，使ZnO阵列薄膜更具有实用意义。CN10276543ACN102765743A权利要求书1/1页1.一种采用水热化学沉积法在锌片上制备玉米状多级结构ZnO纳米棒阵列薄膜的方法，其特征在于包括以下步骤：(a)首先对锌片进行打磨、清洗，再将其置于150~380oC的马弗炉中保温处理0.3~1.5h，从而在锌片表面获得厚度约0.2~1µm的ZnO纳米颗粒种子层；(b)将等摩尔的六水合硝酸锌与六次甲基四胺溶解于蒸馏水中，配成浓度为0.01~0.5mol/mL的阵列生长体系溶液；(c)将上述处理过的锌片垂直插入60~95oC的阵列生长体系溶液中保温生长，在0.5~8h时加入浓度为0.0005~0.01mol/L的巯基丁二酸溶液，其与阵列生长体系溶液体积比为1~3:10，然后继续保温生长6~14h后降温并取出锌片；(d)用温度为30~80oC的蒸馏水冲洗锌片上的阵列3~5次，然后在室温下晾干，即在锌片表面获得了棒芯直径为40~200nm、外壳粒径为10~80nm、棒长为0.2~2µm的玉米状多级结构ZnO纳米棒阵列薄膜。2CN102765743A说明书1/3页在锌片基底上制备玉米状多级结构氧化锌纳米棒阵列薄膜技术领域[0001]本发明是关于一种在金属锌片上制备玉米状多级结构ZnO纳米棒阵列薄膜的方法，尤其是溶液法制备ZnO纳米棒阵列薄膜的方法。属于无机纳米功能材料制备技术领域。背景技术[0002]氧化锌(ZnO)是一种重要的宽禁带半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV，在光电、信息及传感等领域都有广阔的应用前景。而纳米ZnO材料具有比表面积大、化学稳定性强、电导率高、电化学活性等优点，同时具有优良的生物相容性，生物安全性和生物降解性等。另外，纳米ZnO具有很强的自组织生长能力，在稳定的制备条件下，其分子间相互作用很明显，分子能严格按照晶格排列外延生长，形成成分单一、配比完整的结构。通过不同生长手段制备的ZnO纳米材料具有丰富的形貌：颗粒、花状、带状、针状、片状、塔状、笼状及许多复合结构，为设计制备微小尺寸结构精密的纳米器件提供了条件，在光电、信息、及传感等领域都有广阔的应用前景。[0003]目前制备ZnO纳米材料的方法主要气相运输法、热蒸发法、电化学沉积法、水热溶液法、溶胶-凝胶法、沉淀法等。目前大多数ZnO纳米材料合成方法由于有气相参与，制备温度高，反应设备复杂，制备成本高，因此液相合成越来越受到重视。尤其是多种合成手段的结合使用，在ZnO纳米阵列材料的制备中愈发普及。例如用磁控溅射或Sol-Gel法提拉、旋涂在基底材料上制备晶体种子层，再通过沉淀法或水热法、电化学沉积等手段两步生长ZnO纳米棒阵列。两步法制备种子层的过程有的复杂，需要精细的重复操作；有的成本较高，需要高温高压设备。[0004]本发明用金属锌片作为基底材料，可直接通过高温氧化得到一层ZnO纳米颗粒种子层，并在溶液中生长得到取向优良的ZnO纳米棒阵列，同时通过在纳米棒生长期间加入结构导向剂巯基丁二酸，最后获得中间是纳米棒为芯、外壳是ZnO晶粒层层堆叠的玉米状多级ZnO纳米棒，并且可以大规模制备成阵列薄膜。更重要的是，采用这种方法制备的多级结构纳米棒阵列，其外壳晶粒间具有活性的羧酸基团，容易进行表面化学改性，使纳米材料与化学分子或生物分子牢固连接，以使这种薄膜更具有广泛的实用意义，可以用于电子信息、光电信号、生物