[發明專利]一種場發射用注射器狀ZnO納米結構陣列的制備方法

無效

• 申請號: 201010607320.5
• 申請日: 2010-12-28
• 公開（公告）號: CN102061498A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 徐峰;孫立濤;董方洲;畢恒昌;尹奎波;萬能
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C25D9/04
• 分類號: C25D9/04;C30B19/12;C30B29/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀昌

?

技術領域

本發明屬于光電子材料、半導體材料與器件技術領域，具體涉及ZnO納米陣列結構制備技術，尤其涉及一種場發射用注射器狀ZnO納米結構陣列的制備方法。

?

背景技術

ZnO是一種寬禁帶的II-VI族半導體材料，其帶寬為3.37?eV，室溫下的激子束縛能高達60?meV，具有優良的化學性質和熱穩定性及良好的發光、光電轉換等性能，使其在光電子、尤其是在納米光電子器件中得到了廣泛的應用。因此，研究ZnO納米材料的生長機理，控制其形貌、大小和尺度分布，是制備和改善功能性納米器件的基礎。迄今為止，各種各樣的ZnO納米結構已經被制備出來，尤其是納米線[J.?Nanosci.?Nanotechno.，?9?(2009)?4328]、納米錐[Nano?Lett.，?10?(2010)?2038]、納米釘[Appl.?Phys.?Lett.，?95?(2009)?211107]、納米針[Phys.?Rev.?A，?370?(2007)?345]、納米鉛筆[Solid?State?Commun.，?142?(2007)?425]等具有尖端的一維ZnO納米結構陣列更容易發射出電子，引起了人們對其場發射特性研究的興趣。

在導電基底上構筑一維ZnO納米結構陣列的方法包括物理方法和化學方法，如熱蒸發法[Phys.?Status?Solidi?A，?206?(2009)?94]，化學氣相沉積法[Small，?6?(2010)?2448]，納米晶種子層誘導的水熱法[Physica?B，?403?(2008)?3034]，模板合成法[Mater.?Chem.?Phys.，?122?(2010)?60]等。然而，這些方法通常需要較高的反應溫度和較長的反應時間，成本高，效率低，難以規模化工業生產；或者所制備的陣列結構難以從模板中分離，導致與基底電學接觸能力差，難以獲得理想的場發射性能。另外，這些合成方法對一維ZnO納米結構的尖端部分的長徑比也難以實施有效的控制。

?

發明內容

發明目的：本發明的目的在于克服上述一維ZnO納米結構陣列制備技術的不足，提供一種簡單快速，成本低廉，能有效改善陣列結構與基底的電學接觸能力，且對納米結構尖端部分的長徑比能實施可控生長的規模化制備方法。

技術方案：一種場發射用注射器狀ZnO納米結構陣列的制備方法，是基于水溶液體系的兩步合成法，首先采用電化學沉積方法直接在導電玻璃基底上生長ZnO納米柱陣列；然后通過水溶液化學生長方法在原先的ZnO納米柱端面上外延生長納米針。

一種場發射用注射器狀ZnO納米結構陣列的制備方法，制備步驟為:?（1）將六水硝酸鋅溶解到水中，配制成Zn^2＋濃度為0.005?mol/L的澄清溶液，調節溶液的pH在5.0±0.1，所得溶液記為A；（2）以上述制備的A溶液充當電解液，采用三電極電化學沉積體系直接在導電玻璃基底上生長ZnO納米柱陣列，所用沉積電位是－0.5～－1.5?V，電解液溫度為50?℃，沉積時間為30?min；（3）將六水硝酸鋅、六亞甲基四胺和氟化鈉依次溶解到水中，三者的摩爾濃度比1:1:1～1:1:2，其中Zn^2＋濃度為0.005～0.1?mol/L，所得混合溶液記為B；（4）將混合溶液B加熱到90?℃后保持5?min，然后將步驟（2）中生長了ZnO納米柱陣列的導電玻璃基底置于溶液B中，在90?℃下保持1～5?h進行水溶液化學生長反應；（5）反應結束后，將導電玻璃基底從混合溶液B中取出，反復用蒸餾水沖洗，干燥后即得場發射用注射器狀ZnO納米結構陣列。

所述導三電極電化學沉積體系中電玻璃為工作電極，鉑電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極。

所述步驟（1）中pH調節液為NaOH或HCl。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下特點：

?(1)?本發明中的注射器狀ZnO納米結構陣列采用兩步合成法制備，既保證了ZnO納米結構陣列在導電基底上的附著強度，提高了電學傳導性能，又實現了利于電子發射的尖狀納米結構的可控生長，改善了陣列結構的場發射性能。

?(2)?本發明所采用的兩步合成法基于水溶液體系，解決了傳統制備方法中合成溫度高、時間長的不足，操作工藝簡單易行，成本低，重復性好，易于工業規模化實施。

?

附圖說明

圖1為本發明實施例1制備的注射器狀ZnO納米結構的TEM圖。