專利名稱：在水溶液中大面積快速制備一維氧化鋅陣列薄膜的方法
技術領域：
本發明是關于制備ZnO陣列薄膜的方法，尤其是在水溶液制備一維ZnO陣列薄膜的方法。
背景技術：
氧化鋅(ZnO)是一種重要的寬禁帶半導體功能材料，室溫下帶隙寬度為3.3eV，激子束縛能高達60meV，在紫外波段具有強的自由激子躍遷發光，加上原材料資源豐富、價格便宜，無毒害，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，是近年來繼GaN之后國際上又一研究熱點。由于一維ZnO陣列納米材料具有獨特的光學、電學和聲學等性質而使其在發光二極管、光探測器、光敏二極管、氣敏傳感器、太陽能電池等方面具有廣泛的應用前景。
目前制備高質量ZnO納米線/棒陣列所采用的方法主要有氣-液-固法(VLS)，化學氣相沉積法(CVD)，模板法，水溶液法等。在這些方法中，VLS和CVD法需要較復雜的設備、較高的溫度，和金屬催化劑，不適合大面積制備薄膜，模板法在去除模板的過程中容易造成薄膜的塌陷和棒的破壞，大面積制備均一的薄膜也存在困難。水溶液法與其它方法相比，設備簡單，反應條件溫和，無需催化劑，環境友好，是大面積制備一維ZnO微結構的理想方法。該方法的創始人Vayssieres，于2003年3月在美國《先進材料》(Advanced materials)雜志發表了《水溶液法制備ZnO納米棒和納米線陣列》[Growth of arrayed ZnO nanorodsand nanowires from aqueous solutions]的文章，報導了應用該方法制備納米棒陣列，采用0.01mol/L的Zn(NO3)2和0.01mol/L(CH2)6N4溶液在以往0.1mol/L制備出微米級的ZnO棒陣列的基礎上，通過降低反應物濃度，制備出納米棒陣列。
目前存在的主要問題是濃度的降低顯著減小了ZnO棒的直徑，但同時也大大降低了薄膜的生長速率，并且由于濃度過低，ZnO棒在達到一定長度后生長停滯，這在應用中是相當不利的。因此，以高的生長速率制備納米級直徑的ZnO陣列具有重要的實際意義。
發明內容
本發明的目的是為了克服在低濃度條件下制備納米棒生長速度緩慢的缺點，首次提供了一種采用復合的堿溶液(甲酰胺/六次甲基四胺)來替代目前的單一堿溶液(六次甲基四胺)，快速制備六方相的ZnO納米棒陣列的方法。
本發明的在水溶液中大面積快速制備一維ZnO陣列薄膜的方法，依次包括如下步驟(1)在攪拌條件下，將化學純的Zn(NO3)26H2O與六次甲基四胺((CH3)6N4)溶解于水中；(2)在攪拌均勻的溶液中，加入化學純的甲酰胺，再將混合溶液進行攪拌，得到穩定的透明溶液；(3)將經過清洗的襯底浸入到溶液中，密封后，將溶液置于水浴中，放置1h～6h；(4)將襯底取出，用去離子水清洗后，于烘箱中干燥，制得一維納米ZnO陣列的薄膜。
步驟(2)所述的再將混合溶液進行攪拌的時間為1-1.5h。
步驟(3)所述的襯底為導電玻璃、普通玻璃、硅片及Al2O3；水浴溫度為80～90℃。
步驟(4)所述的烘箱溫度為100℃。
本發明的有益效果是，在高濃度條件下，既有效抑制了ZnO非極性面的生長(直徑從400nm變為90～100nm)，又可以快速制備六方相的ZnO納米棒陣列的薄膜(生長4h長度到達～2.2μ)，大大提高了生長速度，縮短了工藝流程，節約了能源；該方法工藝易于控制，可實現廉價大規模生產。
圖1是加入甲酰胺實施例1#的表面掃描電鏡形貌圖；圖2是未加入甲酰胺的比較實施例1#的表面掃描電鏡形貌圖。
具體實施例方式
下面結合實施例及對比實施例對本發明作進一步闡述，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之內。
在攪拌條件下，將化學純的Zn(NO3)26H2O與六次甲基四胺((CH3)6N4)溶解于水中，攪拌均勻后，加入化學純的甲酰胺，然后將混合溶液攪拌1小時，得到穩定的透明溶液。
將經過清洗的導電玻璃襯底，浸入到溶液中，密封后，將溶液置于水浴之中，1h～6h后，將襯底取出，用去離子水清洗后，于烘箱中100℃干燥，獲得一維納米ZnO陣列的薄膜材料。
本發明與現有技術相比較，主要區別在于在現有技術生產步驟的基礎上加入化學純的甲酰胺作為直徑抑制劑，具體實施例及對比實施例詳見表1。
表1
一維納米ZnO陣列薄膜的實施例及對比實施例的性能檢測結果見表2。
采用掃描電鏡(SEM)表征其形貌和厚度，使用X射線衍射儀(XRD)檢測薄膜的晶相類型，使用能量散射譜(EDS)分析其成分。
表2
表2及附圖的檢測結果表明，薄膜由垂直于襯底表面的ZnO棒構成，棒尺寸規則有序，加入甲酰胺后，直徑由微米級變為納米級，生長速度較之低濃度下獲得同直徑的的速度大大提高，該方法獲得的薄膜成分中無其它雜質。
權利要求
1.一種在水溶液中大面積快速制備一維ZnO陣列薄膜的方法，依次包括如下步驟(1)在攪拌條件下，將化學純的Zn(NO3)26H2O與六次甲基四胺((CH3)6N4)溶解于水中；(2)在攪拌均勻的溶液中，加入化學純的甲酰胺，再將混合溶液進行攪拌，得到穩定的透明溶液；(3)將經過清洗的襯底浸入到溶液中，密封后，將溶液置于水浴中，放置1h～6h；(4)將襯底取出，用去離子水清洗后，于烘箱中干燥，制得一維納米ZnO陣列的薄膜。
2.根據權利要求1所述的快速制備一維ZnO陣列薄膜的方法，其特征在于，步驟(2)所述的再將混合溶液進行攪拌的時間為1～1.5h。
3.根據權利要求1所述的快速制備一維ZnO陣列薄膜的方法，其特征在于，步驟(3)所述的襯底為導電玻璃、普通玻璃、硅片及Al2O3；水浴溫度為80～90℃。
4.根據權利要求1所述的快速制備一維ZnO陣列薄膜的方法，其特征在于，步驟(4)所述的烘箱溫度為100℃。
全文摘要
本發明公開了一種在水溶液中大面積快速制備一維ZnO陣列薄膜的方法，依次包括如下步驟(1)將化學純的ZnNO
文檔編號B82B3/00GK1736876SQ20051001448
公開日2006年2月22日 申請日期2005年7月14日 優先權日2005年7月14日
發明者靳正國, 劉曉新, 步紹靜, 趙娟 申請人:天津大學