一種雙面氧化鋅納米梳的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙面氧化鋅納米梳的制備方法，其步驟如下：一、將超聲清洗干凈的襯底用氮氣吹干后，在其上濺射一層金屬Al膜作為水熱反應(yīng)的Al源；二、在沉積有Al膜的襯底上濺射一層厚度約為25~50 nm的氧化鋅種子層；三、將沉積有Al膜和氧化鋅種子層的襯底豎直放入裝有硝酸鋅和氨水的混合溶液的反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)；四、反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，取出襯底，用去離子水沖洗并在室溫下干燥，襯底表面的產(chǎn)物即為雙面氧化鋅納米梳。本發(fā)明通過對氧化鋅種子層厚度的調(diào)控，采用一步水熱反應(yīng)，制備出了雙面氧化鋅納米梳、氧化鋅納米片和氧化鋅納米棒陣列結(jié)構(gòu)，該方法具有操作簡單、可控性強、成本低等優(yōu)點，適用于大面積生長，且可應(yīng)用于多種襯底，具有很高的實用價值和應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種雙面氧化鋅納米梳的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種簡單的制備雙面氧化鋅納米梳的方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]氧化鋅是一種重要的半導(dǎo)體金屬氧化物，其禁帶寬度為3.37 eV，室溫下的激子束縛能為60 meV，這使得氧化鋅在室溫下可以獲得高效的受激發(fā)射，具有十分優(yōu)良的光學(xué)和電學(xué)性能。氧化鋅在壓電材料、圖像記錄材料、染料敏化太陽能電池和氣體傳感器等領(lǐng)域有十分廣泛的應(yīng)用。氧化鋅材料的形貌和尺寸是十分豐富的，并且納米氧化鋅材料的形貌以及尺寸對其性能有著很大的影響。因此，研究控制合成不同形貌的納米氧化鋅材料引起了人們越來越多的興趣和重視。
[0003]在過去的幾十年里，人們對納米氧化鋅材料的研究多集中在一維結(jié)構(gòu)的納米棒、 納米線、納米管等和二維結(jié)構(gòu)的納米片、納米帶等。近年來，由一維和二維的結(jié)構(gòu)單元組裝而成的三維氧化鋅納米梳結(jié)構(gòu)，不僅具有一維或二維結(jié)構(gòu)單元的特點，同時還具有自身獨特的性質(zhì)，如比表面積大，且不易團(tuán)聚，因而在氣敏、光催化和光電探測等領(lǐng)域上有著重要的應(yīng)用前景，受到了廣泛的關(guān)注。因此，控制合成三維氧化鋅納米材料在基礎(chǔ)研究和實際應(yīng)用上都具有重要的意義。
[0004]現(xiàn)有的三維氧化鋅納米梳的制備方法大多需要兩步水熱反應(yīng)，有的合成方法甚至需要高溫、高壓或者使用貴金屬作為輔助材料。這些制備氧化鋅納米梳的方法所需的成本高，合成時間長且工藝復(fù)雜不易控制，限制了其發(fā)展。因此，一步水熱法合成制備三維結(jié)構(gòu)的氧化鋅納米梳具有非常重要的意義。對于通過控制氧化鋅種子層厚度來制備雙面氧化鋅納米梳結(jié)構(gòu)的方法還沒有報道過。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種簡單的雙面氧化鋅納米梳的制備方法，通過調(diào)控氧化鋅種子層的厚度，采用水熱法首次在多種襯底上制備出了雙面氧化鋅納米梳，具有操作簡單、 可控性強、成本低等優(yōu)點，適用于大面積生長，具有很高的實用價值和應(yīng)用前景。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種雙面氧化鋅納米梳的制備方法，包括如下步驟:一、將襯底進(jìn)行超聲清洗，放在乙醇中備用；二、將超聲清洗干凈的襯底用氮氣吹干后，在其上濺射一層金屬A1膜作為水熱反應(yīng)的 A1源；三、在沉積有A1膜的襯底上濺射一層厚度約為25?50 nm的氧化鋅種子層；四、將沉積有A1膜和氧化鋅種子層的襯底豎直放入裝有硝酸鋅和氨水的混合溶液的反應(yīng)爸中進(jìn)行水熱反應(yīng)；五、反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，取出襯底，用去離子水沖洗并在室溫下干燥，襯底表面的產(chǎn)物即為雙面氧化鋅納米梳。
[0007] 上述方法中，所述襯底為S1、IT0、FT0中的一種。[〇〇〇8]上述方法中，所述硝酸鋅和氨水的混合溶液的配制方法如下:將1?1.4 ml體積含量25%的氨水滴加于濃度為0.03?0.06 mol/L的硝酸鋅溶液中，充分?jǐn)嚢琛?br>[0009]上述方法中，所述硝酸鋅和氨水的混合溶液在反應(yīng)釜中的填充體積為60?80%。
[0010]上述方法中，所述硝酸鋅、氨水和乙醇的純度均不低于分析純。
[0011]上述方法中，所述水熱反應(yīng)溫度為80?110 °C，時間為1?6小時。[0〇12]上述方法中，所述雙面氧化鋅納米梳為三維結(jié)構(gòu)，由二維氧化鋅納米片和一維氧化鋅納米棒組裝而成。
[0013]本發(fā)明首次采用在沉積有A1膜的Si襯底上沉積氧化鋅種子層，通過對種子層厚度的調(diào)控，以硝酸鋅和氨水為原料，通過水熱反應(yīng)實現(xiàn)雙面氧化鋅納米梳結(jié)構(gòu)的制備。該技術(shù)簡單，操作方便，成本低廉。通過同樣的方法在IT0襯底和FT0襯底上也制備出了雙面氧化鋅納米梳結(jié)構(gòu)，表明本方法對襯底具有普適性，可以在實際應(yīng)用中推廣應(yīng)用到更多的襯底上。 [〇〇14]相比于現(xiàn)有方法，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:1、本發(fā)明通過對氧化鋅種子層厚度的調(diào)控，采用一步水熱反應(yīng)，制備出了雙面氧化鋅納米梳、氧化鋅納米片和氧化鋅納米棒陣列結(jié)構(gòu)。
[0015]2、本發(fā)明具有設(shè)備簡單、操作易行、成本低廉等特點。
[0016]3、本發(fā)明制備出的雙面氧化鋅納米梳為三維結(jié)構(gòu)，由一維的氧化鋅納米棒陣列和二維的氧化鋅納米片組裝而成，有較大的比表面積。
[0017]4、本發(fā)明可以推廣應(yīng)用到更多的襯底上，在實際應(yīng)用中有重要意義?！靖綀D說明】
[0018]圖1為Si襯底上雙面氧化鋅納米梳的掃描電鏡(SEM)圖；圖2為Si襯底上氧化鋅納米片的掃描電鏡(SEM)圖；圖3為Si襯底上氧化鋅納米棒陣列的掃描電鏡(SEM)圖；圖4為Si襯底上不同氧化鋅結(jié)構(gòu)的X光衍射(XRD)圖，圖中:(a)氧化鋅納米片、(b)雙面氧化鋅納米梳、(c)氧化鋅納米棒陣列；圖5為IT0襯底上雙面氧化鋅納米梳的掃描電鏡(SEM)圖?！揪唧w實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0020]實施例1: Si襯底上雙面氧化鋅納米梳的合成1)將Si襯底依次在丙酮、無水乙醇以及去離子水中各超聲清洗10 min后，浸泡在乙醇中待用。
[0021]2)將超聲處理過的Si襯底用氮氣吹干，通過磁控濺射的方法在Si襯底上沉積一定厚度的金屬A1膜。[〇〇22]3)通過磁控濺射技術(shù)在沉積有A1膜的Si襯底上再濺射一層厚度為25 nm的氧化鋅種子層。
[0023]4)將1.2 ml體積含量為25%的氨水滴加于濃度為0.05 mol/L的硝酸鋅溶液中，并充分?jǐn)嚢韬筠D(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，填充體積為75%。[〇〇24]5)將步驟3)得到的沉積有A1膜和氧化鋅種子層的Si襯底豎直放入反應(yīng)釜中，密封好;在95 °C的條件下水熱反應(yīng)2小時。
[0025]6)反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，取出襯底，用去離子水沖洗并在室溫下干燥，襯底表面的產(chǎn)物即為雙面氧化鋅納米梳。
[0026]用掃描電鏡對樣品形貌進(jìn)行表征，結(jié)果顯示氧化鋅納米棒陣列均勻垂直的分布在氧化鋅納米片兩側(cè)，形成雙面氧化鋅納米梳結(jié)構(gòu)(如圖1)，氧化鋅納米棒的平均長度約為 1.4 ym，直徑約為120 nm，而氧化鋅納米片的平均直徑約為3 ym，厚度約為150 nm。
[0027]實施例2: Si襯底上氧化鋅納米片的合成本實施例與實施例1不同的是，在Si襯底上沉積相同厚度的金屬A1膜后，不沉積氧化鋅種子層，其它條件保持一致。SEM表征結(jié)果顯示水熱生長的樣品形貌為直徑約2.5 wii，厚度約120 nm的氧化鋅納米片結(jié)構(gòu)(如圖2)。
[0028]實施例3: Si襯底上氧化鋅納米棒陣列的合成本實施例與實施例1不同的是，在Si襯底上沉積相同厚度的金屬A1膜后，再沉積厚度約為100 nm的氧化鋅種子層，其它條件保持一致。SEM表征結(jié)果顯示水熱生長的樣品形貌為平均直徑為200 nm的氧化鋅納米棒陣列(如圖3)。
[0029]圖4為氧化鋅納米片、雙面氧化鋅納米梳和氧化鋅納米棒陣列的XRD圖譜。從圖4中可以看出，雙面氧化鋅納米梳結(jié)構(gòu)既具有氧化鋅納米片(100)和(101)兩個特征峰，同時還具有氧化鋅納米棒(002)的特征峰，說明雙面氧化鋅納米梳結(jié)構(gòu)是由氧化鋅納米片和氧化鋅納米棒陣列組裝而成的。
[0030]實施例4:1T0襯底上雙面氧化鋅納米梳的合成本實施例與實施例1不同的是，將Si襯底換為IT0襯底，其它具體步驟與實施例1相同。 SEM結(jié)果顯示水熱生長的樣品形貌同樣為雙面氧化鋅納米梳結(jié)構(gòu)(如圖5)。[0031 ]實施例5:FT0襯底上雙面氧化鋅納米梳的合成本實施例與實施例1不同的是，將Si襯底換為FT0襯底，其它具體步驟與實施例1相同， 水熱生長的樣品形貌為雙面納米梳結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項】
1.一種雙面氧化鋅納米梳的制備方法，其特征在于所述方法如下步驟:一、將超聲清洗干凈的襯底用氮氣吹干后，在其上濺射一層金屬A1膜作為水熱反應(yīng)的 A1源；二、在沉積有A1膜的襯底上濺射一層氧化鋅種子層；三、將沉積有A1膜和氧化鋅種子層的襯底豎直放入裝有硝酸鋅和氨水的混合溶液的反 應(yīng)爸中進(jìn)行水熱反應(yīng)；四、反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，取出襯底，用去離子水沖洗并在室溫下干燥，襯底表 面的產(chǎn)物即為雙面氧化鋅納米梳結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面氧化鋅納米梳的制備方法，其特征在于所述氧化鋅種子 層厚度為25?50 nm〇3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面氧化鋅納米梳的制備方法，其特征在于所述襯底為S1、中的一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面氧化鋅納米梳的制備方法，其特征在于所述硝酸鋅和氨 水的混合溶液的配制方法如下:將1?1.4 ml體積含量25%的氨水滴加于濃度為0.03?0.06 mol/L的硝酸鋅溶液中，充分?jǐn)嚢琛?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面氧化鋅納米梳的制備方法，其特征在于所述水熱反應(yīng)溫 度為80?110 °C，時間為1?6小時。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面氧化鋅納米梳的制備方法，其特征在于所述雙面氧化鋅 納米梳為三維結(jié)構(gòu)，由二維氧化鋅納米片和一維氧化鋅納米棒組裝而成。
【文檔編號】B82Y40/00GK106006707SQ201610337330
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月21日
【發(fā)明人】高世勇, 李文強, 李易昆, 矯淑杰, 李洪濤
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)