[發明專利]一種Na摻雜ZnO納米棒陣列的制備方法

無效

• 申請號: 201310159095.7
• 申請日: 2013-05-02
• 公開（公告）號: CN103241959A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 湯子康;張文惠;祝淵;項榮;桂許春
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C03C17/23
• 分類號: C03C17/23;C04B41/50
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

技術領域

本發明涉及光學材料技術領域，更具體地，涉及一種Na摻雜ZnO納米棒陣列的制備方法。

背景技術

ZnO是一種重要的直接寬禁帶半導體材料，室溫下其禁帶寬度為3.37?eV，具有較大的激子束縛能（60?meV）。同時它也是一種多功能氧化物材料，在光電、壓電、熱電、鐵電和鐵磁等各個領域都具有優異的性能，已廣泛地應用于表面聲波器件、太陽能電池、氣敏、壓敏以及光電器件上。由于原材料資源豐富、價格便宜，對環境無毒害，故近年來成為繼GdN之后國際上又一研究熱點。自從2001年Huang等人在藍寶石基底上合成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-l899），ZnO納米棒陣列發光性能的研究成為了國際上普遍關注的焦點。ZnO納米棒陣列的制備方法主要有化學氣相法、電化學沉積法和水熱法等。其中化學氣相法和電化學沉積法能耗高，反應設備昂貴，反應條件苛刻，操作復雜。水熱法因其所需設備簡單，反應溫度低，操作方便，適合大規模生產而備受人們采用。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷，提供一種利用水熱法，成本低、效率高，可用于大面積生產高質量Na摻雜ZnO納米棒陣列的制備方法，利用氯化鈉的摻雜量來調控ZnO納米棒陣列的結構和形貌，獲得具有良好光學性能的ZnO納米棒陣列。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種Na摻雜ZnO納米棒陣列的制備方法，其中，包括以下步驟：

S1.?基底清洗：將基底依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗并烘干，備用；

S2.?ZnO種子層前驅體溶液制備：將一定量的乙酸鋅和乙醇胺依次加入到乙二醇甲醚中，充分攪拌后，密封均化后制得ZnO種子層前驅體溶液；

S3.?ZnO種子層制備：將清洗后的基底轉移到均膠機上，滴加ZnO種子層前驅體溶液，待均勻分散后進行懸涂，干燥后將涂覆有ZnO種子層前驅體溶液的基底進行退火處理；

S4.?生長溶液的配置：將六次甲基四胺、二水合醋酸鋅和氯化鈉加入去離子水中，攪拌，得到生長液；

S5.?ZnO納米棒陣列的制備：將含有ZnO種子層的基底浸入生長液中，在90?℃下生長2～48?h，然后自然冷卻，將生長后薄膜用去離子水沖洗干凈后干燥，制得ZnO納米棒陣列。

進一步的，所述的基底為硅片、藍寶石、石英或載玻片。

進一步的，所述的步驟S2中，乙酸鋅和乙醇胺的摩爾濃度均為75mM。

進一步的，所述的步驟S2中，密封均化的時間為24h。

進一步的，所述的步驟S3中，懸涂的過程為啟動勻膠機，500?rpm懸涂20?s，再以5000?rpm懸涂60?s，120?℃下干燥?15?min。懸涂的過程重復操作4次。

進一步的，所述的步驟S3中，退火處理為在馬弗爐中，在360?℃下進行退火處理2?h。

進一步的，所述的步驟S4中，六次甲基四胺和二水合醋酸鋅的摩爾濃度均為12.5mM，去離子水為10ml。

進一步的，所述的步驟S4中，氯化鈉為0.0409?g或0.0818?g或0.1227?g或0.1636?g。

隨著氯化鈉摻雜濃度的增加，衍射峰位置逐漸往小角度方向移動，這是由于Na的離子半徑比Zn的大，Na取代Zn的位置后，晶面間距增大。

水熱法生長制備的納米棒均勻密布在硅片襯底上，沿垂直于硅片襯底的方向長出排列形成整齊的納米棒，生長方向一致，尺寸均一，而且每個納米棒的頂部和表面都是光滑的。純ZnO納米棒陣列直徑為?30?nm，長度為750?nm。隨著氯化鈉摻雜濃度的增加，納米一維陣列越來越密集，近乎完全平鋪在硅片襯底表面，而且由于長度的縮短，一維陣列的方向性更加的優異。氯化鈉的摻雜量為0.0409g，0.0818g和0.1227?g和0.1636g時，納米棒的直徑分別為50?nm，60?nm，70?nm和70?nm，長度分別為150?nm，112?nm，98?nm和71?nm。可見隨著氯化鈉摻雜濃度的增加，納米棒的直徑逐漸增加，而長度則逐漸減小。

與現有技術相比，有益效果是：本發明價格低廉，操作安全，環境友好，重復性好，Na摻雜ZnO納米棒陣列的結構和形貌可控，且發光性能優異。所制備的氧化鋅納米棒陣列可用于氣敏材料、傳感器、光探測器等領域。

附圖說明