[發明專利]一種在有機柔性材料上電化學制備海膽狀氧化鋅納米線陣列的方法

無效

• 申請號: 201210589580.3
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103060910A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 沙俊
• 申請（專利權）人: 蘇州汶顥芯片科技有限公司
• 主分類號: C30B29/16
• 分類號: C30B29/16;C30B29/62;C30B30/02;C23C16/40;C25D9/04
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技術領域

本發明涉及一種在有機柔性材料上制備海膽狀氧化鋅納米線陣列的方法，該陣列薄膜可應用于納米晶太陽能電池、納米傳感器等領域。

背景技術

氧化鋅(ZnO)作為一種新型的半導體材料，在室溫下可以獲得高效的激子發光，且在紫外波段具有強的自由激子躍遷發光。在各種一/三維納米結構中，由于ZnO納米線的表面積巨大，從而產生表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應，在催化、光電、磁性、敏感等方面具有許多特殊性能和新用途，加上原材料資源豐富、價格便宜，對環境無毒無害，適合于薄膜的外延生長，在信息光電領域有廣泛的應用前景，成為近年來新的研究熱點。

目前，制備三維ZnO陣列的方法有化學氣相沉積法和液相生長法。化學氣相沉積法通常用鋅粉或氧化鋅粉作為原材料，在較高溫度下通過氣相輸送，然后在合適的溫區沉積，最后得到不同相貌的氧化鋅。這種方法需要高溫，有時還需要催化劑，最大缺點在于生長過程不易控制、重復性差。液相生長法通常在基底上制備一層氧化鋅的納米晶作為種子層，然后在60～90℃的鋅鹽溶液中浸泡一段時間，從而得到氧化鋅納米線陣列。該方法的反應條件溫和、成本低、產物均勻，但所需的前驅體反應物相對復雜，而且產物容易污染，不易提純，結晶性不高。

電化學合成法是近年來被廣泛應用的一種合成方法，它具有環保，反應條件溫和，過程可控，并易于自動化操作等優點，已經成為合成金屬氧化物納米線的一種有效方法，制備的ZnO納米線是由ZnO納米晶組成，高度和直徑均可調控，具有良好的光學和電學性能，可廣泛應用于納米晶太陽能電池、納米傳感器等領域。

發明內容

本發明涉及利用電化學沉積的方法，通過調控電化學沉積的工藝參數，包括氯化鉀(KCl)和氧化鋅(ZnCl₂)的濃度，以及電化學沉積的電量(Q)，來調控納米線陣列的直徑和高度，以聚苯乙烯微球陣列為模板，在微球表面制備ZnO納米線，從而獲得放射狀、海膽形氧化鋅納米線陣列。通過控制沉積電量，可連續調控ZnO納米線陣列的高度和直徑。

為實現上述目的，本發明采用以下的操作步驟：

采用自組裝法在有機柔性材料上制備聚苯乙烯微球陣列；在氯化鋅溶液里用電化學方法在微球陣列表面沉積制備高度取向的ZnO納米線陣列，從而獲得放射狀、海膽形氧化鋅納米線陣列。

所述的采自組裝法在有機柔性材料上制備聚苯乙烯微球陣列的方法，采用以下步驟：

1.在恒溫60-80℃下，將有機柔性材料基板依次在三氯乙烯(C₂HCl₃)、丙酮(CH₃COCH₃)、異丙醇(CH₃CH(OH)CH)溶劑里進行超聲清洗10-25min，然后用超純水沖洗干凈，最后用氮氣吹干。

2.在干凈的有機柔性材料基片用自組裝法沉積直徑為微米級別的單層聚苯乙烯微球，隨后基片在空氣中自然晾干。

3.將附著有聚苯乙烯微球陣列的有機柔性材料基片浸入1-2M的ZnCl₂溶液里處理45-60min后取出，作為電沉積氧化鋅納米線的工作電極。

所述的在氯化鋅溶液里用電化學方法在微球陣列表面沉積制備高度取向的ZnO納米線陣列，采用以下步驟：

1.采用標準三電極的電沉積系統，附著有聚苯乙烯微球陣列的有機柔性材料基片作為工作電極，鉑絲電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極。

2.配置ZnO納米線電沉積溶液，1-5x10^-4M的ZnCl₂為電沉積前驅物，0.1-3.4M的KCl為支持電解質。

3.在電沉積開始前，溶液在70-80℃恒溫下，通氧氣10-20min。在電沉積過程中，一直對溶液做鼓泡通氧處理。

4.對工作電極施加-1V?vs飽和甘汞電極，沉積電量Q為2.5-50C/cm²，當Q超過設定值時，儀器自動停止工作。

5.取出樣品，用去離子水沖洗干凈后，用氮氣吹干，制成放射狀、海膽形氧化鋅納米線陣列。

工作電極上的反應由反應(1)、(2)和化學反應(3)組成

O₂+2H₂O+2e^-→H₂O₂+2OH^-????反應(1)

O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-?????????反應(2)