[發明專利]在鋅片基底上制備玉米狀多級結構氧化鋅納米棒陣列薄膜

無效

• 申請號: 201210243991.7
• 申請日: 2012-07-16
• 公開（公告）號: CN102765743A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 黃忠兵;賀勉;尹光福;嚴香;廖曉明;姚遠東
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;B82Y30/00
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明是關于一種在金屬鋅片上制備玉米狀多級結構ZnO納米棒陣列薄膜的方法，尤其是溶液法制備ZnO納米棒陣列薄膜的方法。屬于無機納米功能材料制備技術領域。

背景技術

氧化鋅(ZnO)是一種重要的寬禁帶半導體材料，室溫下禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達60meV，在光電、信息及傳感等領域都有廣闊的應用前景。而納米ZnO材料具有比表面積大、化學穩定性強、電導率高、電化學活性等優點，同時具有優良的生物相容性，生物安全性和生物降解性等。另外，納米ZnO具有很強的自組織生長能力，在穩定的制備條件下，其分子間相互作用很明顯，分子能嚴格按照晶格排列外延生長，形成成分單一、配比完整的結構。通過不同生長手段制備的ZnO納米材料具有豐富的形貌：顆粒、花狀、帶狀、針狀、片狀、塔狀、籠狀及許多復合結構，為設計制備微小尺寸結構精密的納米器件提供了條件，在光電、信息、及傳感等領域都有廣闊的應用前景。

目前制備ZnO納米材料的方法主要氣相運輸法、熱蒸發法、電化學沉積法、水熱溶液法、溶膠-凝膠法、沉淀法等。目前大多數ZnO納米材料合成方法由于有氣相參與，制備溫度高，反應設備復雜，制備成本高，因此液相合成越來越受到重視。尤其是多種合成手段的結合使用，在ZnO納米陣列材料的制備中愈發普及。例如用磁控濺射或Sol-Gel法提拉、旋涂在基底材料上制備晶體種子層，再通過沉淀法或水熱法、電化學沉積等手段兩步生長ZnO納米棒陣列。兩步法制備種子層的過程有的復雜，需要精細的重復操作；有的成本較高，需要高溫高壓設備。

本發明用金屬鋅片作為基底材料，可直接通過高溫氧化得到一層ZnO納米顆粒種子層，并在溶液中生長得到取向優良的ZnO納米棒陣列，同時通過在納米棒生長期間加入結構導向劑巰基丁二酸，最后獲得中間是納米棒為芯、外殼是ZnO晶粒層層堆疊的玉米狀多級ZnO納米棒，并且可以大規模制備成陣列薄膜。更重要的是，采用這種方法制備的多級結構納米棒陣列，其外殼晶粒間具有活性的羧酸基團，容易進行表面化學改性，使納米材料與化學分子或生物分子牢固連接，以使這種薄膜更具有廣泛的實用意義，可以用于電子信息、光電信號、生物信息檢測及疾病診斷分析中。

發明內容

本發明的目的是為了使組成陣列薄膜的ZnO納米棒通過改性生長成玉米狀的多級納米結構，首次提出了使用金屬鋅片作為基底材料，通過高溫氧化過程簡化了晶種層的獲取，并在ZnO晶體生長過程加入巰基丁二酸改性的方法。

一種采用水熱化學沉積法在鋅片上制備玉米狀多級結構ZnO納米棒陣列薄膜的方法，其特征在于包括以下步驟：

(a)?首先對鋅片進行打磨、清洗，再將其置于150~380^oC的馬弗爐中保溫處理0.3~1.5h，從而在鋅片表面獲得厚度約0.2~1μm的ZnO納米顆粒種子層；

(b)?將等摩爾的六水合硝酸鋅與六次甲基四胺溶解于蒸餾水中，配成濃度為0.01~0.5mol/mL的陣列生長體系溶液；

(c)?將上述處理后的鋅片垂直插入60~95^oC的陣列生長體系溶液中保溫生長，在0.5~8h時加入濃度為0.0005~0.01?mol/L的巰基丁二酸溶液，其與陣列生長體系溶液體積比為1~3:10，然后繼續保溫生長6~14h后降溫并取出鋅片；

(d)?用溫度為30~80^oC的蒸餾水沖洗鋅片上的陣列3~5次，然后在室溫下晾干，即在鋅片表面獲得了棒芯直徑為40~200nm、外殼粒徑為10~80nm、棒長為0.2~2μm的玉米狀多級結構ZnO?納米棒陣列薄膜。

本發明的有益效果是，在控制ZnO納米棒生長過程中（棒芯直徑從50納米到200納米之間，外殼晶粒從10納米到80納米，納米棒總長度從200納米到2微米之間，），又能控制ZnO晶體組成的納米結構形貌，并在表面修飾上有用的有機官能基團。這種方法縮短了工藝流程，節約了能源，可以實現規模生產應用，具有更廣泛的實用意義。

附圖說明

圖1.?玉米狀多級結構的ZnO納米棒陣列俯視掃描電子顯微鏡照片；

圖2.?棒芯50nm、外殼晶粒尺寸20×60nm、棒長500nm的玉米狀多級結構ZnO?納米棒陣列側面掃描電子顯微鏡照片。

具體實施方式

下面結合實施例及對比實施例對本發明作詳細闡述，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之內。