柔性納米碳/氧化鋅單色紫外熒光薄膜、及其制法及運(yùn)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米碳材料-無機(jī)半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜材料，特別涉及到一種柔性納米碳/氧化鋅單色紫外熒光薄膜、其制法及應(yīng)用，屬于納米微米復(fù)合材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋅(ZnO)作為一種室溫下寬禁帶(3.37eV)，激子結(jié)合能高達(dá)60 meV的半導(dǎo)體材料，由于其優(yōu)越的室溫下紫外光致發(fā)光性能成為繼氮化鎵之后又一明星材料，在光電、壓電、激光、光催化領(lǐng)域逐漸顯示了其強(qiáng)大的多功能特性。目前，納米ZnO的制備方法主要包括溶膠-凝膠(sol-gel)、水熱與溶劑熱法、熱蒸發(fā)法、激光燒蝕蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、原子層沉積法(ALD)、分子束外延法、以及模板法等多種制備方法。這些方法制備的各類ZnO納米體系中，由于存在難以避免的各類缺陷，使得其各類與電子行為相關(guān)的物理性能的進(jìn)一步提高受到較大的挑戰(zhàn)，也成為學(xué)者研究的熱點。
[0003]近年來，逐漸有研究者利用濺射鍍膜、ALD、CVD等方法制備出碳納米管陣列/ZnO異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出良好的場發(fā)射特性，例如張弛等人在定向生長的碳納米管陣列作為模板，生長氧化鋅形成一維陣列(CN 102324349B)，另有白丹等人在無支撐的無序的碳納米管上沉積的氧化鋅納米顆粒(CN101560640A)。也有學(xué)者利用sol-gel法[Nanotechnology,2010，21，495705 (8pp)]、水熱法[ACS Appl.Mater.1nterfaces 2011, 3，590-596]制備出碳納米管/ZnO或碳納米管纖維/ZnO復(fù)合材料，表現(xiàn)出較為優(yōu)越的液相光催化特性。但對于碳納米管-氧化鋅納米顆粒復(fù)合薄膜等領(lǐng)域卻鮮有涉及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一在于提供一種柔性納米碳/氧化鋅單色紫外熒光薄膜，其具有單色紫外的光致發(fā)光性能，在激光材料等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。
[0005]本發(fā)明的目的之二在于提供一種柔性納米碳/氧化鋅單色紫外熒光薄膜的制備方法，該方法簡單易行，成本低廉。
[0006]本發(fā)明的目的之三在于提供所述柔性納米碳/氧化鋅單色紫外熒光薄膜在激光、元件、設(shè)備中的應(yīng)用。
[0007]為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種柔性碳納米氧化鋅單色紫外熒光薄膜，包括碳納米材料薄膜及沉積于所述碳納米材料薄膜上的ZnO納米顆粒，
其中，所述碳納米材料薄膜主要由沿設(shè)定方向平行排布且相互間隔設(shè)置的具有曲率sp2表面態(tài)復(fù)數(shù)碳納米管或具有平面sp2表面態(tài)的氧化石墨烯組成。
[0008]在一較為優(yōu)選的實施例中，所述碳納米材料薄膜優(yōu)選采用由可紡絲碳納米管陣列形成的碳納米管薄膜。
[0009]進(jìn)一步的，所述ZnO納米顆粒沉積在所述碳納米管外壁上，且所述ZnO納米顆粒的生長取向與所述碳納米管的軸向平行。
[0010]優(yōu)選的，所述ZnO納米顆粒的粒徑為20-60 nm。
[0011]—種柔性納米碳/氧化鋅單色紫外熒光薄膜的制法，包括:
提供自支撐碳納米材料薄膜，所述碳納米材料薄膜主要由具有平面SP2表面態(tài)的氧化石墨烯或沿設(shè)定方向平行排布且相互間隔設(shè)置的復(fù)數(shù)碳納米管組成；
以及，在所述碳納米材料薄膜正下方設(shè)置鋅源，并加熱使所述鋅源蒸發(fā)、分解，從而在所述碳納米材料薄膜上沉積ZnO納米顆粒。
[0012]在一較為優(yōu)選的實施例中，所述碳納米材料薄膜采用由可紡絲碳納米管陣列形成的碳納米管薄膜，但不限于此。
[0013]在一較為具體的實施案例中，該方法可以包括如下步驟:
(1)提供碳納米材料薄膜；
(2)在一容器中加入鋅源，并將所述碳納米材料薄膜水平設(shè)置于鋅源正上方，且使所述碳納米材料薄膜呈現(xiàn)無襯底的自支撐狀態(tài)；
(3)在所述容器上加蓋一蓋體，使所述碳納米材料薄膜被設(shè)置于由所述容器和蓋體圍合形成的反應(yīng)腔室內(nèi)，且所述容器和蓋體之間留有可供外界氣體進(jìn)入反應(yīng)腔室的縫隙；
(4)加熱使所述鋅源蒸發(fā)、分解，從而在所述碳納米材料薄膜上沉積ZnO納米顆粒。
[0014]進(jìn)一步的，所述鋅源可選自但不限于乙酰丙酮鋅。
[0015]在一較為優(yōu)選的實施方案之中，該制法可以包括:在空氣氛圍中直接加熱使所述鋅源蒸發(fā)、分解，從而在所述碳納米材料薄膜上沉積ZnO納米顆粒。
[0016]在一較為優(yōu)選的實施例中，前述步驟(4)包括:從室溫開始，以7-10°C /min的升溫速度對鋅源加熱，直至溫度上升到170-200°C，并保溫5-30min后，停止加熱，自然冷卻。
[0017]前述任一種柔性納米碳/氧化鋅單色紫外熒光薄膜在制備激光設(shè)備中的應(yīng)用。
[0018]一種激光設(shè)備，包括靶材，所述靶材包含前述任一種柔性納米碳/氧化鋅單色紫外熒光薄膜。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果包括:
(1)本發(fā)明的柔性納米碳/氧化鋅單色紫外熒光薄膜具有一般氧化鋅納米顆粒不具備的單色紫外激發(fā)光特性，可應(yīng)用于激光設(shè)備等領(lǐng)域，且本發(fā)明的薄膜材料可以被很容易的轉(zhuǎn)移到其他襯底上，并還可根據(jù)實際應(yīng)用的需要而進(jìn)行物理、化學(xué)等改性處理，同時為該薄膜材料的器件化帶來方便。
[0020](2)本發(fā)明柔性納米碳/氧化鋅單色紫外熒光薄膜的制備方法優(yōu)選利用較低分解溫度的乙酰丙酮鋅作為鋅源，工藝簡單，可直接在大氣環(huán)境下進(jìn)行，且在實現(xiàn)均勻沉積的前提下，實際前驅(qū)體用量少，最小低于17 mg/cm2，成本低廉。
[0021](3)本發(fā)明柔性納米碳/氧化鋅單色紫外熒光薄膜所采用的主要材料，例如碳管薄膜可以從可紡絲碳納米管陣列中連續(xù)抽出，因而能滿足批量化生產(chǎn)的需求。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明一較為典型的實施方案中一種柔性碳納米管/氧化鋅單色紫外熒光薄膜的制備工藝流程圖。
[0023]圖2a是本發(fā)明實施例1中鋅源用量為0.1 g、0.2 g、0.35 g時成品柔性碳納米管/氧化鋅單色紫外熒光薄膜(以下簡稱成品)的實物照片。
[0024]圖2b是本發(fā)明實施例1中成品被轉(zhuǎn)移到Si片和PET襯底上的實物照片。
[0025]圖3a是本發(fā)明實施例1中鋅源用量為0.1 g時成品的場發(fā)射掃描電鏡照片。
[0026]圖3b是本發(fā)明實施例1中鋅源用量為0.2 g時成品的場發(fā)射掃描電鏡照片。
[0027]圖3c是本發(fā)明實施例1中鋅源用量為0.35 g時成品的場發(fā)射掃描電鏡照片。
[0028]圖3d是本發(fā)明實施例1中鋅源用量為0.35 g時成品的場發(fā)射掃描電鏡照片。
[0029]圖4a是本發(fā)明對照例1中作為對比試驗將四層碳納米管疊加的形式來進(jìn)行沉積的成品場發(fā)射掃描電鏡照片。
[0030]圖4b是本發(fā)明對照例2中作為對比試驗將碳納米管貼敷在Si片上阻礙透氣形式來進(jìn)行沉積的成品場發(fā)射掃描電鏡照片。
[0031]圖4c是本發(fā)明對照例2中作為對比試驗將碳納米管貼敷在Cu片上阻礙透氣形式來進(jìn)行沉積的成品場發(fā)射掃描電鏡照片。
[0032]圖4d是本發(fā)明實施例2中所獲氧化鋅納米顆粒與石墨烯薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)薄膜的場發(fā)射掃描電鏡照片。
[0033]圖5是本發(fā)明實施例2中所獲氧化鋅納米顆粒與石墨烯薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)薄膜的陰極射線致發(fā)光光譜圖。
[0034]附圖標(biāo)記說明:1-可紡絲碳納米管陣列、2-碳納米管薄膜、3-銅框架、4-瓷舟、5-鋅源、6-柔性碳納米管/氧化鋅單色紫外熒光薄膜、7-基底。
【具體實施方式】
[0035]本發(fā)明的一個方面提供了一種柔性納米碳/氧化鋅單色紫外熒光薄膜及其制備方法。
[0036]其中，該單色紫外熒光薄膜包括碳納米材料薄膜及沉積于所述碳納米材料薄膜上的ZnO納米顆粒，所述碳納米材料薄膜主要由具有平面sp2表面態(tài)的氧化石墨烯或沿設(shè)定方向平行排布且相互間隔設(shè)置的復(fù)數(shù)碳納米管組成。
[0037]當(dāng)采用的碳納米材料薄膜系碳納米管薄膜時，所述ZnO納米顆粒系沉積在所述碳納米管外壁上，且所述ZnO納米顆粒的生長取向與所述碳納米管的軸向平行。
[0038]所述ZnO納米顆粒的粒徑優(yōu)選為20-60 nm。
[0039]在一較為優(yōu)選的實施例中，所述碳納米材料薄膜優(yōu)選采用由可紡絲碳納米管陣列形成