[發明專利]一種氧化鋅納米管陣列及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810237697.2
• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN108640147B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 柳成林;陳惠琄;楊柏儒;肖帥;林迪安;翁明;張偉;謝曦
• 申請（專利權）人: 佛山市順德區中山大學研究院;廣東順德中山大學卡內基梅隆大學國際聯合研究院;中山大學
• 主分類號: C01G9/03
• 分類號: C01G9/03;B82Y40/00;A01N59/16;A01P3/00;A01P1/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 左恒峰

本發明提供了一種端部生長有氧化鋅納米線的氧化鋅納米管陣列，氧化鋅納米管為中空結構，氧化鋅納米管端部管壁生長有氧化鋅納米線。相比于現有的氧化鋅納米管/棒陣列，本發明的納米管端部生長有許多納米線，增加納米材料表面的液/氣接觸面積，從而提高材料在光催化降低反應中的降解效率，同時也提高了氧化鋅納米材料的自清潔能力，從而滿足特殊環境長時間工作的需求。

技術領域

本發明涉及納米材料/器件領域，尤其涉及一種端部生長有納米線的納米管陣列及其制備方法和應用。

背景技術

隨著社會和經濟的發展，環境污染日益嚴重，不僅危害人類的身體健康，而且阻礙了經濟的發展。因此，尋找新型、高效、經濟廉價的具有光催化氧化性的半導體材料是目前研究熱點。納米氧化鋅是其中一種備受關注的材料。早在上個世紀60年代，許多研究者就開始利用氧化鋅薄膜制備光催化劑等各種傳感器，很多科學家也致力于研究氧化鋅材料在電子、光子方向的卓越性能，并取得了不菲的成果。隨著納米科技的發展，研究者發現微納級別的氧化鋅由于粒徑小、比表面積大而具有小尺寸效應，表面效應和量子尺寸效應等，在超潤濕性、抑菌以及光電等領域具有較好的性能。

氧化鋅作為一種重要的無機功能材料，具有優異的光催化性能，具有較大的禁帶寬度以及較高的激發能。同時，由于氧化鋅納米線之間存在著大量分布均勻的空隙且液滴處于Cassie-Baxter狀態，具有大的表面液/氣接觸面積分數以及很強的疏水性。另外，納米氧化鋅的表面原子數量大大多于傳統粒子，表面原子由于缺少鄰近的配位原子而具備很高的能量，可增強氧化鋅與細菌的親和力，提高抗菌的效率。由于氧化鋅具有眾多的優點，也被廣泛在光電傳感器器件中。

雖然氧化鋅光電傳感器已經具有廣泛的應用，但在一些特殊的環境中，比如雨水天氣、海底環境、戶外環境等，在這些特殊環境中，普通氧化鋅的光電傳感器由于環境適應性差，自清潔能力弱等問題，容易受到環境的影響而導致光電性能減弱。目前也有研究者發現樹冠狀結構的具有較好的自行清潔效應，但目前樹光狀結構通常是在剛性襯底通過光刻制備，工藝復雜且成本高。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種端部生長有納米線的納米管陣列及其制備方法和應用。本發明利用柔性襯底制備出端部具有樹冠狀納米線的納米管陣列，不僅簡化制備工藝，降低生產成本，同時提高了納米氧化鋅環境適應以及自清潔能力，從而解決現有氧化鋅光電器件成本高且無法長時間在特殊環境正常工作的技術問題。

為了實現上述目的，本發明提供了一種端部生長有氧化鋅納米線的氧化鋅納米管陣列，氧化鋅納米管為中空結構，氧化鋅納米管端部管壁生長有氧化鋅納米線。相比于現有的氧化鋅納米管/棒陣列，本發明的納米管端部生長有許多納米線，類似于樹冠狀，極大增加納米材料表面的液/氣接觸面積。

本發明還提供了一種端部生長有氧化鋅納米線的氧化鋅納米管陣列的制備方法，包括以下制備步驟：

(1)選擇柔性多孔膜，用去離子水沖洗并在超聲清潔；

(2)采用原子層沉積技術(ALD)在多孔膜的表面及孔內鍍氧化鋅晶種層；

(3)采用拋光粉對多孔膜表面的氧化鋅進行拋光打磨；

(4)用去離子水清洗多孔膜并烘干；

(5)等離子刻蝕多孔膜，多孔膜表面露出氧化鋅管，得到氧化鋅納米管陣列；

(6)利用水熱法在氧化鋅管壁上生長氧化鋅納米線；

(7)等離子刻蝕多孔膜，進一步露出孔內氧化鋅管。

在上述制備方法中，步驟(1)多孔膜為聚碳酸酯多孔膜；聚碳酸酯多孔膜不僅具有柔性特點，還能夠與等離子體清洗機配合，通過等離子體刻蝕即可得到納米管，相比于光刻，工藝簡便，成本低；步驟(1)中的超聲清潔，采用超聲機進行超聲5min。