專利名稱：一種直流電沉積法制備Zn/ZnO納米管的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用直流電沉積法制備ai/ZnO納米管的方法，特別是一種可精確控制ai/ZnO納米管的長度、管壁厚度，以及管徑大小的方法。屬于金屬納米管或一維半導體納米管材料制備技術領域。
背景技術：
近年來，半導體材料的納米結構越來越引起人們的廣泛關注，這是因為它們在未來的納米器件和系統中扮演重要的角色。氧化鋅(SiO)作為典型的II-VI族直接寬禁帶半導體材料，因其多樣性的納米結構以及獨特的光學和電學性質以及壓電性能而備受人們關注。ZnO已經逐漸成為繼碳納米管(CNTs)之后在未來電子器件系統中極具吸引力的納米材料。ZnO也是一種多功能氧化物材料，在光電、壓電、熱電、鐵電、鐵磁等各個領域都具有優異的性能，目前已被研制成應用于光波導器件、發光元件、太陽能電池窗口材料、單色場發射器件、高頻壓電轉換器、表面聲波元件、壓敏電阻、紫外保護、紫外激光器、透明涂料及氣體傳感器等方面，同時它還是一種原料豐富、成本低廉、無毒無污染的環保型材料。與寬禁帶半導體GaN相比，ZnO具有更高的激子束縛能(60meV)，因此SiO比GaN具有更高的藍光發光效率。目前人們對ZnO納米管的研究主要集中在探索其制備方法和發掘其潛在性能及應用價值等方面，眾多雜志連續刊登了有關ZnO納米管的生長方法和性能研究，說明ZnO納米管是科學家關注的又一焦點。現有技術中，制備ZnO納米管的方法主要有以下幾種金屬有機化學氣相沉積法、水熱氧化法、物理氣相沉積、水溶液法。以上的制備方法，操作復雜，反應溫度高，反應不易控制，導致在實驗中難以控制納米管的生長過程，不適于工業中批量生產。
發明內容
本發明的目的在于提供一種直流電沉積法制備Si/ZnO納米管的方法，以克服現有方法中操作復雜，反應溫度高，成本高，以及不能嚴格控制其納米管的長度、管壁厚度，以及管徑大小等缺點。本發明采取的技術方案如下一種直流電沉積法制備Si/ZnO納米管的方法，包括以下步驟(1)首先將純度99. 999%的高純鋁箔在高純氬氣中400°C退火5h，之后將退火后的鋁箔進行電化學拋光，拋光電流為1A，拋光時間為5min ；(2)將拋光后鋁箔置于丙酮溶液中進行超聲處理，去除其表面有機質；(3)將清潔干凈的鋁箔在0. 3mol/L的草酸電解液中進行第一次氧化，時間12h，氧化電壓為45V;(4)將第一次氧化后生成的氧化鋁膜用鉻酸與高氯酸的混合溶液去除，之后在與步驟( 相同條件下進行第二次氧化；(5)用飽和氯化銅溶液去除第二次氧化得到的氧化鋁膜背后的鋁基，并在濃度為60g/L磷酸溶液中進行擴孔處理；(6)在經過擴孔處理之后得到的多孔AAO模板背面濺射一層Cu膜，作為直流電沉積實驗中的陰極，濺射Cu膜厚度為300nm ；(7)分別稱取29g的SiSO4和20g的硼酸溶于去離子水中配制成500ml電解液，調節溶液PH值為5 ；(8)在電解槽中進行直流電沉積，將鍍有Cu電極的AAO模板放在電解槽中的陰極上，然后倒入上述所配的電解液，沉積時間為30min，溫度為25°C，沉積電壓為1. 8V，之后連通電路，當達到所需的時間后，成功制備出Si納米管；之后將沉積有Si納米管的模板取下， 用去離子水反復沖洗以去除殘留的電解液，晾干以待后期使用；(9)將步驟⑶中制備的沉積有Si納米管的AAO模板在空氣中進行高溫氧化處理，在Ih內從室溫升至500°C 700°C，并保溫8h，然后自然冷卻至室溫，制得ZnO納米管。本發明制備的Si納米管為六角密積結構，ZnO納米管為纖鋅礦結構。本發明的制備方法，納米管的長度可由沉積時間控制，納米管的管壁厚度可由沉積電壓控制。本發明的有益效果是該制備工藝簡單，易于操作，可以在規定范圍內對沉積電壓和沉積時間進行微調，從而精確控制納米管生長過程，時間短，效率高，參數可調且穩定，可在低溫環境中操作，適合工業生產。
圖1是根據本發明實施例1的Si納米管的XRD圖譜。圖2是根據本發明實施例1的ZnO納米管的XRD圖譜。圖3是根據本發明實施例1的Si納米管的SEM圖。
圖4是根據本發明實施例1的Si納米管的TEM圖。圖5是根據本發明實施例1的ZnO納米管的SEM圖。圖6是根據本發明實施例1的ZnO納米管的TEM圖。
具體實施例方式以下參照具體實施例來說明本發明。需要說明，這些實施例僅用于說明本發明的目的，而不是限制本發明的范圍。實施例1(1)首先將純度為99. 999%的高純鋁箔在高純氬氣中400°C退火證，之后將退火后的鋁箔進行電化學拋光，拋光電流為1A，拋光時間為5min ；(2)將拋光后鋁箔置于丙酮溶液中進行超聲處理，去除其表面有機質；(3)將清潔干凈的鋁箔在0. 3mol/L的草酸電解液中進行第一次氧化，時間12h，氧化電壓為45V;(4)將第一次氧化后生成的氧化鋁膜用鉻酸與高氯酸的混合溶液去除，之后在與步驟( 相同條件下進行第二次氧化；(5)用飽和氯化銅溶液去除二次氧化得到的氧化鋁膜背后的鋁基，并在濃度為 60g/L磷酸溶液中進行擴孔處理；
(6)在經過擴孔處理之后得到的多孔AAO模板背面濺射一層Cu膜，作為直流電沉積實驗中的陰極，濺射Cu膜厚度為300nm ；(7)分別稱取29g的SiSO4和20g的硼酸溶于去離子水中配制成500ml電解液，調節溶液PH值為5 ；(8)在電解槽中進行直流電沉積，將鍍有Cu電極的AAO模板放在電解槽中的陰極上，然后倒入上述所配的電解液，設定沉積電壓為1. 8V，之后連通電路，沉積時間為30min， 溫度為25°C，當達到所需的時間后，制備得到Si納米管。實施例2(1)首先將純度為99. 999%的高純鋁箔在高純氬氣中400°C退火證，之后將退火后的鋁箔進行電化學拋光，拋光電流為1A，拋光時間為5min ；(2)將拋光后鋁箔置于丙酮溶液中進行超聲處理，去除其表面有機質；(3)將清潔干凈的鋁箔在0. 3mol/L的草酸電解液中進行第一次氧化，時間12h，氧化電壓為45V;(4)將第一次氧化后生成的氧化鋁膜用鉻酸與高氯酸的混合溶液去除，之后在與步驟( 相同條件下進行第二次氧化；(5)用飽和氯化銅溶液去除第二次氧化得到的氧化鋁膜背后的鋁基，并在濃度為 60g/L磷酸溶液中進行擴孔處理；(6)在經過擴孔處理之后得到的多孔AAO模板背面濺射一層Cu膜，作為直流電沉積實驗中的陰極，濺射Cu膜厚度為300nm ；(7)分別稱取29g的SiSO4和20g的硼酸溶于去離子水中配制成500ml電解液，調節溶液PH值為5 ；(8)在電解槽中進行直流電沉積，將鍍有Cu電極的AAO模板放在電解槽中的陰極上，然后倒入上述所配的電解液，設定沉積電壓為1. 8V，之后連通電路，沉積時間為30min， 溫度為25°C，當達到所需的時間后，成功制備出Si納米管；(9)將步驟(8)中制備的沉積有Si納米管的AAO模板置于兩端開放的高溫管式爐中加熱，在空氣中進行高溫氧化處理，升溫速率為8°C /min，在Ih內從室溫升至所需溫度 5000C，并保溫他，然后自然冷卻至室溫，制得ZnO納米管。實施例3(1)首先將純度為99. 999%的高純鋁箔在高純氬氣中400°C退火證，之后將退火后的鋁箔進行電化學拋光，拋光電流為1A，拋光時間為5min ；(2)將拋光后鋁箔置于丙酮溶液中進行超聲處理，去除其表面有機質；(3)將清潔干凈的鋁箔在0. 3mol/L的草酸電解液中進行第一次氧化，時間12h，氧化電壓為45V;(4)將第一次氧化后生成的氧化鋁膜用鉻酸與高氯酸的混合溶液去除，之后在與步驟( 相同條件下進行第二次氧化；(5)用飽和氯化銅溶液去除二次氧化得到的氧化鋁膜背后的鋁基，并在60g/L磷酸溶液中進行擴孔處理；(6)在經過擴孔處理之后的多孔AAO模板背面濺射一層Cu膜，作為直流電沉積實驗中的陰極，濺射Cu膜厚度為300nm ；
(7)分別稱取29g的SiSO4和20g的硼酸溶于去離子水中配制成500ml電解液，調節溶液PH值為5 ；(8)在電解槽中進行直流電沉積，將鍍有Cu電極的AAO模板放在電解槽中的陰極上，然后倒入上述所配的電解液，設定沉積電壓為1. 8V，之后連通電路，沉積時間為30min， 溫度為25°C，當達到所需的時間后，成功制備出Si納米管；(9)將步驟(8)中制備的沉積有Si納米管的AAO模板置于兩端開放的高溫管式爐中加熱，在空氣中進行高溫氧化處理，升溫速率為10°c /min，在Ih內從室溫升至所需溫度 6000C，并保溫他，然后自然冷卻至室溫，制得ZnO納米管。實施例4(1)首先將純度為99. 999%的高純鋁箔在高純氬氣中400°C退火證，之后將退火后的鋁箔進行電化學拋光，拋光電流為1A，拋光時間為5min ；(2)將拋光后鋁箔置于丙酮溶液中進行超聲處理，去除其表面有機質；(3)將清潔干凈的鋁箔在0. 3mol/L的草酸電解液中進行第一次氧化，時間12h，氧化電壓為45V;(4)將第一次氧化后生成的氧化鋁膜用鉻酸與高氯酸的混合溶液去除，之后在與步驟( 相同條件下進行第二次氧化；(5)用飽和氯化銅溶液去除二次氧化得到的氧化鋁膜背后的鋁基，并在60g/L磷酸溶液中進行擴孔處理；(6)在經過擴孔處理之后的多孔AAO模板背面濺射一層Cu膜，作為直流電沉積實驗中的陰極，濺射Cu膜厚度為300nm ；(7)分別稱取29g的SiSO4和20g的硼酸溶于去離子水中配制成500ml電解液，調節溶液PH值為5 ；(8)在電解槽中進行直流電沉積，將鍍有Cu電極的AAO模板放在電解槽中的陰極上，然后倒入上述所配的電解液，設定沉積電壓為1. 8V，之后連通電路，沉積時間為30min， 溫度為25°C，當達到所需的時間后，成功制備Si納米管；(9)將步驟(8)中制備的沉積有Si納米管的AAO模板置于兩端開放的高溫管式爐中加熱，在空氣中進行高溫氧化處理，升溫速率為12°C /min，在Ih內從室溫升至所需溫度 7000C，并保溫他，然后自然冷卻至室溫，制得ZnO納米管。
權利要求
1. 一種直流電沉積法制備ai/ZnO納米管的方法，其特征在于包括以下步驟(1)首先將純度為99.999%的高純鋁箔在高純氬氣中400°C退火5h，之后將退火后的鋁箔進行電化學拋光，拋光電流為1A，拋光時間為5min ；(2)將拋光后鋁箔置于丙酮溶液中進行超聲處理，去除其表面有機質；(3)將清潔干凈的鋁箔在0.3mol/L的草酸電解液中進行第一次氧化，時間12h，氧化電壓為45V ；(4)將第一次氧化后生成的氧化鋁膜用鉻酸與高氯酸的混合溶液去除，之后在與步驟 (3)相同條件下進行第二次氧化；(5)用飽和氯化銅溶液去除二次氧化得到的氧化鋁膜背后的鋁基，并在濃度為60g/L 磷酸溶液中進行擴孔處理；(6)在經過擴孔處理之后得到的多孔AAO模板背面濺射一層Cu膜，作為直流電沉積實驗中的陰極，濺射Cu膜厚度為300nm ；(7)分別稱取^g的SiSO4和20g的硼酸配置成500ml電解液，調節溶液pH值為5；(8)在電解槽中進行直流電沉積，將鍍有Cu電極的AAO模板放在電解槽中的陰極上，然后倒入上述所配的電解液，設定沉積電壓為1.8V，之后連通電路，沉積時間為30min，溫度為25°C，當達到所需的時間后，制備出Si納米管；之后將沉積有Si納米管的模板取下，用去離子水反復沖洗以去除殘留的電解液，晾干以待后期使用；(9)將步驟(8)中制備的沉積有Si納米管的AAO模板置于兩端開放的高溫管式爐中加熱，在空氣中進行高溫氧化處理，并在Ih內從室溫升至溫度500°C 700°C，并保溫他，然后自然冷卻至室溫，制得ZnO納米管。
全文摘要
本發明公開了一種利用直流電沉積法制備Zn/ZnO納米管的方法。先在AAO模板鍍一層Cu作為直流電沉積時的陰極，分別稱取29g的ZnSO4和20g的硼酸配制成500ml的電解液，再通過直流電沉積法制得Zn納米管，再通過在空氣中氧化制得ZnO納米管。本發明操作簡單，成本低廉，可通過控制電解液濃度以及電壓大小，進而控制Zn/ZnO納米管的管壁厚度，制備出長徑比可控的ZnO納米管。本發明為ZnO納米器件的集成提供了新的方法。
文檔編號C25D3/22GK102181890SQ20111008230
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月2日 優先權日2011年4月2日
發明者劉力虎, 孫會元, 張惠敏, 徐芹, 楊玉華, 顧建軍 申請人:河北師范大學