[發明專利]一種大面積高取向性的氧化鋅納米薄片陣列的制備方法

有效

• 申請號: 201010176983.6
• 申請日: 2010-05-14
• 公開（公告）號: CN101844876B
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 張躍;秦子;黃運華;齊俊杰;廖慶亮;李會峰;蘇嘉
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C03C17/23
• 分類號: C03C17/23
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術領域

本發明屬于納米材料定列的制備技術領域，特別是提供了一種大面積高取向性 的氧化鋅納米薄片陣列的制備方法，通過多階段水熱法合成取向一致的氧化鋅納米 薄片陣列，采用簡單的工藝制備了大面積定向氧化鋅納米薄片陣列。

背景技術

ZnO為Ⅱ-Ⅵ族化合物，是一種寬禁帶直接帶隙半導體材料，室溫下禁帶寬度為 3.37eV。具有高的熔點和熱導率，良好的化學穩定性，并具有無毒、原料豐富及價 格低廉等優點。在紫外發光器件、場發射器件、表面聲波器件、壓電轉換器、傳感 器、太陽能電池等方面有廣闊的應用前景。(M.H.Huang，S.Mao，H.Feick，H.Q.Yan， Y.Y.Wu，H.Kind，E.Weber，R.Russo，P.D.Yang，Science?292(2001)1897；A.Umar，Y.B. Hahn，Cryst.Growth?Des.8(2008)2741；J.X.Wang，X.W.Sun，A.Wei，Y.Lei，X.P.Cai， C.M.Li，Z.L.Dong，Appl.Phys.Lett.88(2006)233106；Y.H.Huang，X.D.Bai，Y.J. Zhang，Phys.Condens.Matter?18(2006)179；X.D.Wang，J.H.Song，J.Liu，Z.L.Wang， Science?316(2007)102；M.Law，L.E.Greene，J.C.Johnson，R.Saykally，P.D.Yang，Nat. Mater.4(2005)455.)ZnO納米材料形貌多樣，包括納米線、納米帶、四針狀納米棒、 納米管等。不同的納米結構都會在不同的領域有著其潛在的應用價值。近年來，隨 著對染料敏化太陽能電池的研究的深入開展，ZnO材料被研究者認為是非常有前景的 光陽極材料。而對于在光陽極上的應用而言，制備純度高、可大面積生長、形貌均 一、尺寸可控、比表面積大的ZnO納米材料是實現其應用價值的必要條件。

現階段氧化鋅納米材料的形貌及制備方法層出不窮。但是，真正能夠實現大面 積可控，能適應染料敏化太陽能電池光陽極應用的制備方法還不多。例如，報道的 很多形貌的氧化鋅材料是利用物理化學氣相沉積方法制備的。這種方法所需的制備 溫度約為1000℃，最低溫度也需600℃。而對于太陽能電池陽極的玻璃基底來說，這 樣的高溫是無法承受的，因此這種制備方法對于在光陽極上的應用是受限制的。低 溫水熱法是制備ZnO納米材料的另一種常用手段。它的優點在于制備溫度低(約100℃ 左右)，對納米材料尺寸的可控性強，獲得的產物雜質少、純度高。缺點在于可大面 積制備出的產物形貌比較單一，多以一維ZnO納米線陣列為主。

發明內容

本發明的目的在于提供一種大面積ZnO納米片陣列的制備方法。具有合成方法 簡單、成本低、效率高、產品質量高以及適合大規模生產等許多優點。

本發明提出了一種大面積ZnO納米片陣列的制備方法。采用分段低溫水熱合成 方法，選用載有ZnO薄膜的基片作為生長基底；對前驅液進行適當的選用與處理； 控制好反應時間和溫度，從而獲得ZnO納米片陣列；制備了排列整齊、取向一致、 尺寸均一的ZnO納米片陣列。具體工藝步驟如下：

1.將等摩爾數的六水合硝酸鋅和六亞甲基四胺溶解于去離子水中，進行1～1.5 小時超聲波處理至獲得白色的乳濁液，溶液中六水合硝酸鋅和六亞甲基四胺摩爾濃 度均為0.01～0.05M。

2.選用載有200nm厚的ZnO薄膜的FTO導電玻璃基片作為生長基底。用丙酮、 無水乙醇及去離子水進行反復清洗，最后將其烘干。將上述處理好的基片放入第一 步配制好的反應溶液中，密封后在三個不同的溫度下分別保溫一段時間。90～110℃ 下保溫24～28個小時，50℃～70℃下保溫48～52小時，0-30℃下保溫10～14小 時。

3.反應結束后，將基片取出。先用去離子水反復沖洗，清洗烘干后可以看到基 片上形成了均勻疏松的白色薄膜，此薄膜即為所制得的ZnO納米片陣列。

與現有技術相比，本發明所提供的大面積ZnO納米片陣列的制備方法有以下優 點：

1.采用水熱法工藝簡單，可獲得純度高、取向性好的ZnO納米片陣列。

2.溶液的處理和反應的階段性設計保證了產物形貌的均一性及取向性。