專利名稱:一種氧化鋅定向納米棒或線薄膜及其制備方法
技術領域:
本發明屬于低維納米材料薄膜制備,特別涉及一種晶種誘導水熱沉積法合成定向排列氧化鋅納米棒或線薄膜及其制備技術。
背景技術:
氧化鋅是一種重要的寬禁帶半導體功能材料,室溫下能帶帶隙為3.3eV,激子束縛能高達60meV,在紫外波段具有很強的自由激子躍遷發光,加上原材料豐富,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闊的應用前景,是近年來繼GaN,GaS之后國際上又一研究熱點。由于在襯底上高度有序生長的ZnO納米結構可制作短波激光器和染料敏化納米氧化物太陽能電極,近年來成為各國科學家研究的熱點。特別是2001年楊培東發現了ZnO納米線在室溫下的光致紫外激光現象后,極大的推動了固體襯底上制備高質量定向生長的ZnO納米線(棒)的研究。并且,近期王中林教授成功開發了ZnO納米帶、納米環更是在國際納米材料界掀起了軒然大波。目前制備ZnO納米線(棒).多采用氣-液-固(VLS)生長機理或化學氣相沉積方法等進行,然而這些方法中多以昂貴的藍寶石、單晶硅為固體襯底,需要復雜貴重的儀器設備和較高的溫度。對于VLS法,所需溫度大于800℃,對于CVD法所需溫度大于500℃,制備條件相當苛刻,不利于大批量工業化生產。
發明內容
本發明的目的在于提供一種晶種誘導水熱沉積法合成定向排列氧化鋅納米棒(線)薄膜及其制備方法,該方法具有合成方法簡單,成本低,可低溫成膜,適合大規模生產等許多優點。
本發明提出的一種氧化鋅定向納米棒或線薄膜及其制備方法,采用水熱沉積法,其特征在于所述方法以鋅鹽溶液和胺類表面活性劑溶液為原料,以預置有ZnO定向織構晶種為沉積襯底,襯底放于聚四氟乙烯內襯內側,在較低反應溫度下,于襯底上生長出定向生長,排列均勻的氧化鋅納米棒或線陣列薄膜,其工藝過程具體如下(1)將摩爾濃度均為1mM~25mM鋅鹽溶液和胺類表面活性劑溶液均勻混合后,放入聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中;(2)將預置有ZnO(002)定向織構晶種的玻璃,高分子聚合物,金屬,無機非金屬,導電玻璃各種襯底放于聚四氟乙烯內襯內側,襯底晶種面與聚四氟乙烯內襯底面成0~90°角;(3)在50~150℃保溫1~6h后,自然冷卻后,在襯底上生長成定向生長,結晶度好的ZnO納米棒或線陣列薄膜,納米棒或線的直徑約為10~500nm。
在上述制備方法中,所述鋅鹽為硝酸鋅,氯化鋅,醋酸鋅,硫酸鋅,檸檬酸鋅,葡萄糖酸鋅鋅鹽中的任何一種。
在上述制備方法中,所述表面活性劑為六次甲基四胺及其絡合物,如苯二酚-六次甲基四胺絡合物,環糊精-六次甲基四胺絡合物。
由于本發明采用水熱低溫沉積方法,所得產物具有很好結晶性,合成的氧化鋅納米棒(線)薄膜,定向性好,結晶度高,納米棒(線)尺寸均勻,直徑范圍在10~500nm之間的氧化鋅納米棒(線)陣列薄膜都能被合成。采用預置有ZnO(002)定向織構晶種的玻璃,高分子聚合物,金屬,無機非金屬,導電玻璃等為沉積襯底,得到表面均勻和定向性良好的ZnO納米棒(線)薄膜。另外本制備方法在低溫合成定向排列的氧化鋅納米棒(線)薄膜,所需設備簡單,成本低,適宜于大規模生產定向排列的氧化鋅納米棒(線)薄膜。
圖1所示為實驗裝置結構示意圖。
圖2為實施例1中所得到氧化鋅定向納米棒(線)薄膜的SEM圖。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明的技術方案做進一步說明圖1為實驗裝置結構示意圖,為本發明晶種誘導水熱沉積法合成定向排列氧化鋅納米棒(線)薄膜的實驗裝置,它以鼓風干燥箱為加熱源,聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜為反應容器,以硝酸鋅,氯化鋅,醋酸鋅,硫酸鋅,檸檬酸鋅,葡萄糖酸鋅等鋅鹽和胺類表面活性劑為實驗原料,在較低的水熱反應溫度下,于預置有ZnO(002)定向織構晶種的玻璃,高分子聚合物,金屬,無機非金屬,導電玻璃等襯底上生長出表面均勻定向性良好的ZnO納米棒(線)薄膜,沉積襯底晶種面與聚四氟乙烯內襯底面成0~90°角。
實施例1將摩爾濃度為1mM的硝酸鋅溶液和摩爾濃度為2mM的六次甲基四胺溶液均勻混合后,放入聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中,同時將預置有ZnO(002)定向織構晶種的硅片襯底放于聚四氟乙烯內襯內側,沉積襯底晶種面與聚四氟乙烯內襯底面成90°角,60℃保溫1h后,自然冷卻后,最后在襯底上生長成定向生長,結晶度好的ZnO納米棒(線)陣列薄膜,納米棒(線)的直徑約為10~30nm。
實施例2將摩爾濃度為6mM的醋酸鋅溶液和摩爾濃度為5mM的六次甲基四胺溶液均勻混合后,放入聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中,同時將預置有ZnO(002)定向織構晶種的塑料襯底放于聚四氟乙烯內襯內側,沉積襯底晶種面與聚四氟乙烯內襯底面成70°角,70℃保溫2h后,自然冷卻后,最后在襯底上生長成定向生長,結晶度好的ZnO納米棒(線)陣列薄膜,納米棒(線)的直徑約為40~60nm。
實施例3將摩爾濃度為10mM的檸檬酸鋅溶液和摩爾濃度為10mM的環糊精-六次甲基四胺溶液均勻混合后,放入聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中,同時將預置有ZnO(002)定向織構晶種的玻璃襯底放于聚四氟乙烯內襯內側,沉積襯底晶種面與聚四氟乙烯內襯底面成50°角,90℃保溫2h后,自然冷卻后,最后在襯底上生長成定向生長,結晶度好的ZnO納米棒(線)陣列薄膜,納米棒(線)的直徑約為50~80nm。
實施例4將摩爾濃度為17mM的氯化鋅溶液和摩爾濃度為25mM的環糊精-六次甲基四胺溶液均勻混合后,放入聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中,同時將預置有ZnO(002)定向織構晶種的鎳片襯底放于聚四氟乙烯內襯內側,沉積襯底晶種面與聚四氟乙烯內襯底面成30°角,120℃保溫4h后,自然冷卻后,最后在襯底上生長成定向生長,結晶度好的ZnO納米棒(線)陣列薄膜,納米棒(線)的直徑約為100~140nm。
實施例5將摩爾濃度為21mM的葡萄糖酸鋅溶液和摩爾濃度為16mM的苯二酚-六次甲基四胺溶液均勻混合后,放入聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中,同時將預置有ZnO(002)定向織構晶種的導電玻璃襯底放于聚四氟乙烯內襯內側,沉積襯底晶種面與聚四氟乙烯內襯底面成20°角,150℃保溫3h后,自然冷卻后,最后在襯底上生長成定向生長,結晶度好的ZnO納米棒(線)陣列薄膜,納米棒(線)的直徑約為200~500nm。
權利要求
1.一種氧化鋅定向納米棒或線薄膜及其制備方法,采用水熱沉積法,其特征在于所述方法以鋅鹽溶液和胺類表面活性劑溶液為原料,以預置有ZnO定向織構晶種為沉積襯底,襯底放于聚四氟乙烯內襯內側,在較低反應溫度下,于襯底上生長出定向生長,排列均勻的氧化鋅納米棒或線陣列薄膜,其工藝過程具體如下(1)將摩爾濃度均為1mM~25mM鋅鹽溶液和胺類表面活性劑溶液均勻混合后,放入聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中;(2)將預置有ZnO(002)定向織構晶種的玻璃,高分子聚合物,金屬,無機非金屬,導電玻璃各種襯底放于聚四氟乙烯內襯內側,襯底晶種面與聚四氟乙烯內襯底面成0~90°角;(3)在50~150℃保溫1~6h后,自然冷卻后,在襯底上生長成定向生長,結晶度好的ZnO納米棒或線陣列薄膜,納米棒或線的直徑約為10~500nm。
2.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于所述鋅鹽為硝酸鋅,氯化鋅,醋酸鋅,硫酸鋅,檸檬酸鋅,葡萄糖酸鋅鋅鹽中的任何一種。
3.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于所述表面活性劑為六次甲基四胺及其絡合物,如苯二酚-六次甲基四胺絡合物,環糊精-六次甲基四胺絡合物。
全文摘要
本發明涉及一種氧化鋅定向納米棒或線薄膜及其制備方法,屬于低維納米材料薄膜技術領域。所述方法采用水熱沉積法,將摩爾濃度為1~25mM的鋅鹽溶液和胺類表面活性劑溶液均勻混合后,放入聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中,同時將預置有ZnO定向織構晶種的各種襯底如玻璃,高分子聚合物,金屬,無機非金屬,導電玻璃等放于聚四氟乙烯內襯內側,襯底晶種面與聚四氟乙烯內襯底面成0~90°角,50~150℃保溫1~6h后,自然冷卻后,在襯底上生長成定向生長,結晶度好的ZnO納米棒(線)陣列薄膜,納米棒(線)直徑約為10~500nm。本方法合成溫度低,工藝易控制,生長的ZnO薄膜定向性好,適宜于定向ZnO納米棒(線)薄膜的工業化生產。
文檔編號C30B29/62GK1763263SQ20051008652
公開日2006年4月26日 申請日期2005年9月27日 優先權日2005年9月27日
發明者林紅, 王寧, 張羅正, 李建保, 楊曉戰 申請人:清華大學