[發明專利]一種取向ZnO納米棒薄膜及其制備方法

無效

• 申請號: 201010146883.9
• 申請日: 2010-04-15
• 公開（公告）號: CN101818346A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 王連英;章定恒;岳爽;何靜
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C23C26/02
• 分類號: C23C26/02;C01G9/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 何俊玲

技術領域

本發明屬于一種取向納米薄膜的制備，具體涉及一種在無催化劑條件下以層狀雙羥基復合金屬氧化物薄膜為前驅體制備取向ZnO納米棒薄膜的方法。

背景技術

氧化鋅(ZnO)是一種重要的寬禁帶半導體功能材料，室溫下能帶帶隙為3.37eV激子束縛能為達60meV。ZnO納米棒薄膜將ZnO優異的光電性質、壓電性質、透明導電性、生物兼容性及一維結構的高比表面積等優點有效地結合起來，在生物、化學、氣敏傳感器、場發射、納米激光器、太陽能電池等光電器件方面具有非常誘人的應用前景。自從2001年Yang等人通過VLS方法在藍寶石基底上生長ZnO納米棒陣列并在室溫的環境中光泵浦激發下觀察到紫外激光發射后(M.Huang，S.Mao，H.Feick，H.Yan，Y.Wu，H.Kind，E.Weber，R.Russo，P.Yang，Science?2001，292，1897)，ZnO納米結構研究成為了國際上普遍關注的焦點。

迄今為止，制備ZnO納米棒薄膜的方法主要有熱蒸發法、溶液法、金屬有機物氣相外延生長法(MOVPE)、分子束外延(MBE)、脈沖激光沉積(PLD)等，在這些方法中，研究人員最常用的是熱蒸發法和溶液法。熱蒸發法分催化劑誘導(VLS)工藝和高溫蒸發氣化(VS)工藝。VLS生長工藝，一般采用Au等貴金屬作為催化劑模板，制備取向排布的ZnO納米棒陣列薄膜，然而，Au納米顆粒在生長結束后會仍會停留在納米棒的頂端，這對其在納米光電器件中應用非常不利。如文獻[1]D.F.Liu，Y.J.Xiang，Q.Liao，J.P.Zhang，X.C.Wu，Z.X.Zhang，L.F.Liu，W.J.Ma，J.Shen，W.Y.Zhou?and?S.S.Xie，Nanotechnology?18，405303(2007)；[2]H.Zhou，M.Wissinger，J.Fallert，R.Hauschild，F.Stelzl，C.Klingshirn，and?H.Kalt，Appl.Phys.Lett.91，181112(2007)。高溫氣化VS工藝制備取向的ZnO納米棒陣列，不僅需較高的反應溫度將鋅源氣化，且需要預先在基底上濺射ZnO薄膜等材料作為晶種層，如文獻[3]J.S.Jie，G..Z.Wang，Y.M.Chen，X.H.Han，Q.G.Wang，and?J.G.Hou.，Appl.Phys.Lett.86，31909(2005)；溶液法雖然制備條件溫和，但在反應過程中由于ZnO納米棒是隨機地在反應溶液中生長，取向性難以控制，需要加入有機物分子或氧化鋁等作為模板，如文獻[4]R.Turgeman，O.Gershevitz，M.Deutsch，B.M.Ocko，A.Gedanken，and?C.N.Sukenik?Chem.Mater.，175048(2005)；[5]J.S.Jie，G.Z.Wang，Q.T.Wang，Y.M.Chen，X.H.Han，X.P.Wang，and?J.G.Hou，J.Phys.Chem.B.，108，11976(2004)；但溶液法制備得產品純度不高，同時存在模板去除的問題。因此，在無催化劑和較低溫度的條件下，開發出一種工藝簡單的生長高質量取向ZnO納米棒薄膜的方法十分重要。

層狀雙羥基復合金屬氧化物又稱水滑石(Layered?Double?Hydroxides，簡寫為LDHs)是一類陰離子型層狀化合物，其層板金屬元素均勻分布并在原子級別的均勻分散，LDHs納米粒子具有“邊-邊”和“面-面”的相互作用可組裝成(001)取向薄膜，該取向薄膜可經拓撲轉化為具有一定擇優取向的復合金屬氧化物薄膜。這一特殊的結構及物化性能使其在光學、磁學、催化、分離和傳感器等領域有著廣泛的應用。

發明內容

本發明目的在于提供一種取向ZnO納米棒薄膜，本發明另一目的在于提供該ZnO納米棒薄膜的制備方法，該方法無需任何催化劑或有機模板劑即可制備取向ZnO納米棒薄膜。

本發明所提供的取向ZnO納米棒薄膜，其特征是ZnO納米棒垂直于基片向同一方向生長，具有c軸取向性，ZnO納米棒直徑為50-100nm，長度為100-400nm，且長度和大小較均一；該ZnO納米棒薄膜具有很好的紫外發光性能，其在390nm處具有很強的紫外帶邊發射峰，其半峰寬僅為7.9nm。

本發明以鋅鐵水滑石(簡寫為ZnFe-LDH)為前驅體，經溶劑蒸發法組裝成致密有序的取向ZnFe-LDH薄膜，以該薄膜為基底并作為Zn源制備取向ZnO納米棒薄膜。

具體制備步驟如下：