一種提高六棱柱狀結(jié)構(gòu)納米氧化鋅材料表面潤濕性的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高六棱柱狀結(jié)構(gòu)納米氧化鋅材料表面潤濕性的方法，它涉及降低氧化鋅表面能的方法。它提高了六棱柱狀結(jié)構(gòu)納米氧化鋅經(jīng)氟化處理后表面的接觸角和滾動角，Cu2O/ZnO復(fù)合材料能提高光電轉(zhuǎn)化效率。本發(fā)明采用電化學(xué)沉積法，以硫酸銅、乳酸、氫氧化鈉為原料，加入陽離子和非離子表面活性劑，在二電極體系中，石墨為陽極，沉積有六棱柱狀氧化鋅結(jié)構(gòu)的ITO玻璃片為陰極，控制沉積電壓、時間溫度，經(jīng)陰極還原在六棱柱狀氧化鋅上沉積顆粒狀氧化亞銅，在一定溫度燒結(jié)后，用低表面能物質(zhì)處理并測量其表面靜態(tài)接觸角。本發(fā)明生產(chǎn)成本低，制備方法簡單，對反應(yīng)設(shè)備要求低，反應(yīng)條件溫和，無環(huán)境污染，可大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】一種提高六棱柱狀結(jié)構(gòu)納米氧化鋅材料表面潤濕性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高六棱柱狀結(jié)構(gòu)納米氧化鋅材料表面潤濕性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋅是一種具有直接帶隙的N型半導(dǎo)體材料，禁帶寬度3.37 eV,理論處鋰量978 mAh/g，在光電，光催化，染料敏化納米晶太陽能電池，鋰離子電池等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。六棱柱狀氧化鋅經(jīng)氟硅烷處理后，表現(xiàn)為超疏水特性，然而，其表面的靜態(tài)接觸角在152°左右，滾動角大于7°。Cu2O是一種典型的P型半導(dǎo)體材料，禁帶寬度為2.1 eV，根據(jù)制備條件的不同電阻率可在IO3~IO13 Ω.cm范圍內(nèi)變化?？梢姽夥秶奈?，收系數(shù)較高，能量轉(zhuǎn)化率理論上可達(dá)10%，相對于ZnO有更低的表面能和禁帶寬度以及更好的催化活性。目前，濟(jì)南大學(xué)魏浩銘等把氧化鋅/氧化亞銅(Zn0/Cu20)兩種典型的n/p半導(dǎo)體為研究對象，對其光電轉(zhuǎn)換性能進(jìn)行了研究。但是，對ZnO表面的潤濕性的影響并未做相關(guān)研究。因此，在六棱柱狀納米氧化鋅材料表面電沉積顆粒狀氧化亞銅，經(jīng)氟化處理，其表面潤濕性能會明顯提聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了提高六棱柱狀ZnO納米材料表面的潤濕性能，本發(fā)明提供了一種提高六棱柱狀結(jié)構(gòu)納米ZnO材料表面的潤濕性能的方法。
[0004]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:以沉積有六棱柱狀納米氧化鋅的ITO玻璃片為基底，以硫酸銅、乳酸、氫氧化鈉為原料，加入陽離子和非離子表面活性劑，在二電極體系中，控制沉積電壓、時間溫度，經(jīng)陰極還原在六棱柱狀氧化鋅上沉積顆粒狀氧化亞銅，在一定溫度燒結(jié)后，用低表面能物質(zhì)處理并測量其表面靜態(tài)接觸角。
[0005]本發(fā)明的制備特征工藝步驟如下:
一、配制濃度為0.005^0.1 mo I/L的硫酸銅水溶液，在溶液中加入陽離子或非離子型表面活性劑，兩者的摩爾比為1:廣1:5 ;
二、使用乳酸、氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的pH值為9~12；
三、使用二電極體系，其中石墨電極為陽極，1.5 cm*5 cm的ITO玻璃片為陰極,在恒壓
2.5 V，恒溫50~70 1:的條件下，進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積時間為10 s~5 min ；
四、將電沉積得到長有氧化亞銅的ITO玻璃片電極，在30(T500°C的燒結(jié)爐中退火處理1~4 h，即得到在六棱柱氧化鋅上長有特定結(jié)構(gòu)的氧化亞銅；
五、將電沉積后的ITO電極，放入體積比為l:100(Tl:200的全氟辛基三乙氧基硅烷或十二硫醇的乙醇溶液中浸泡I h~48 h ；
六、取出浸泡后的ITO電極，用接觸角測量儀測納米氧化鋅表面的靜態(tài)接觸角，得到其表面接觸角158°~173°， 滾動角為2°~7°，結(jié)果表明柱狀氧化鋅上電沉積氧化亞銅后提高了其表面潤濕性能。
[0006]進(jìn)一步的，所述步驟一中的在水溶液中添加的陽離子型表面活性劑為季銨鹽型，非離子型表面活性劑為失水山梨醇酯類。
[0007]進(jìn)一步的，所述步驟一中陽離子表面活性劑的摩爾濃度為0.05^10 mmol/L。
[0008]進(jìn)一步的，所述步驟四中退火是在空氣中進(jìn)行，不含有其他保護(hù)性氣體。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點是:(1)在六棱柱狀氧化鋅表面電沉積的氧化亞銅為小顆粒狀，在氧化鋅表面分布均勻，經(jīng)氟硅烷和十二硫醇處理，其表面的接觸角大大增加，滾動角相應(yīng)減??；(2)本方法可直接生長在電極上，其附著力要比一般的涂布方法好得多；(3)本發(fā)明使用的硫酸銅、乳酸、氫氧化鈉和表面活性劑等都是常用原料，生產(chǎn)成本低，對反應(yīng)設(shè)備要求低，反應(yīng)條件溫和，制備方法簡單，無環(huán)境污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明六棱柱狀結(jié)構(gòu)納米氧化鋅上電沉積氧化亞銅的場發(fā)射掃描電鏡圖。
[0011]圖2為本發(fā)明六棱柱狀結(jié)構(gòu)納米氧化鋅上電沉積氧化亞銅的E:DS圖。
[0012]圖3為本發(fā)明六棱柱狀結(jié)構(gòu)納米氧化鋅上電沉積的氧化亞銅經(jīng)氟硅烷修飾后的靜態(tài)接觸角示意圖。
[0013]圖4為本發(fā)明六棱柱狀結(jié)構(gòu)納米氧化鋅上電沉積的氧化亞銅經(jīng)氟硅烷修飾后滾動角示意圖。
【具體實施方式】
[0014]給出本發(fā)明的實施例并結(jié)合給出的實施例對本發(fā)明加以說明，但所給出的實施例對本發(fā)明不構(gòu)成任何限制:
【具體實施方式】一:配制濃度為0.005 mol/L的硫酸銅溶液,用1.5 mL乳酸、氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的PH值為11 ;二電極體系中，其中石墨電極為陽極，1.5 cm*5 cm的ITO玻璃片為陰極，在恒壓2.5 V，恒溫50 1:的條件下，進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積時間為IOs ;將電沉積得到的長有氧化鋅的ITO玻璃片電極，在400 °C的燒結(jié)爐中退火處理4小時，即得到在六棱柱氧化鋅上長有特定結(jié)構(gòu)的氧化亞銅，將電沉積后的ITO電極，放入體積比為1:1000的全氟辛基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡24 h;取出浸泡后的ITO電極，用接觸角測量儀測納米氧化鋅表面的靜態(tài)接觸角 和滾動角，得到更優(yōu)的超疏水特性。
[0015]【具體實施方式】二:配制濃度為0.005 mol/L的硫酸銅溶液，用1.5 mL乳酸、氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的PH值為10 ;二電極體系中，其中石墨電極為陽極，1.5 cm*5 cm的ITO玻璃片為陰極，在恒壓2.5 V，恒溫50 1:的條件下，進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積時間為30 s ;將電沉積得到長有氧化亞銅的ITO玻璃片電極，在400°C的燒結(jié)爐中退火處理4 h，即得到在六棱柱氧化鋅上長有特定結(jié)構(gòu)的氧化亞銅，將電沉積后的ITO電極，放入體積比為1:1000的全氟辛基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡24 h;取出浸泡后的ITO電極，用接觸角測量儀測納米氧化鋅表面的靜態(tài)接觸角和滾動角，得到更優(yōu)的超疏水特性。
[0016]【具體實施方式】三:配制濃度為0.005 mol/L的硫酸銅溶液,用1.5 mL乳酸、氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的PH值為9 ;在溶液中加入3 mmol/L的陽離子表面活性劑CTAB，二電極體系中，其中石墨電極為陽極，1.5 cm*5 cm的ITO玻璃片為陰極,在恒壓2.5 V,恒溫50。(!'的條件下，進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積時間為5 min ;將電沉積得到長有氧化亞銅的ITO玻璃片電極，在400°C的燒結(jié)爐中退火處理5 h，即得到在六棱柱氧化鋅上長有特定結(jié)構(gòu)的氧化亞銅，將電沉積后的ITO電極，放入體積比為1:1000的十二硫醇的乙醇溶液中浸泡2h ;取出浸泡后的ITO電極，用接觸角測量儀測納米氧化鋅表面的靜態(tài)接觸角和滾動角，得到更優(yōu)的特性。
[0017]【具體實施方式】四:配制濃度為0.005 mol/L的硫酸銅溶液,用1.5 mL乳酸、氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的PH值為12 ;二電極體系中，其中石墨電極為陽極，1.5 cm*5 cm的ITO玻璃片為陰極，在恒壓2.5 V，恒溫50 V的條件下，進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積時間為5 min ;將電沉積得到長有氧化亞銅的ITO玻璃片電極，在400 °C的燒結(jié)爐中退火處理4 h，即得到在六棱柱氧化鋅上長有特定結(jié)構(gòu)的氧化亞銅，將電沉積后的ITO電極，放入體積比為1:1000的十二硫醇的乙醇溶液中浸泡4 h ;取出浸泡后的ITO電極，用接觸角測量儀測納米氧化鋅表面的靜態(tài)接觸角和滾動角，得到更優(yōu)的特性。
[0018]【具體實施方式】五:配制濃度為0.05 mol/L的硫酸銅溶液，用1.5 mL乳酸、氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的PH值為10 ;二電極體系中，其中石墨電極為陽極，1.5 cm*5 cm的ITO玻璃片為陰極，在恒壓2.5 V，恒溫50 1:的條件下，進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積時間為20 s ;將電沉積得到長有氧化亞銅的ITO玻璃片電極，在400°C的燒結(jié)爐中退火處理4小時，即得到在六棱柱氧化鋅上長有特定結(jié)構(gòu)的氧化亞銅，將電沉積后的ITO電極，放入體積比為1:1000的的全氟辛基三乙氧基硅烷乙醇溶液中浸泡12 h ;取出浸泡后的ITO電極，用接觸角測量儀測納米氧化鋅表面的靜態(tài)接觸角和滾動角，得到更優(yōu)的特性。
[0019]【具體實施方式】六:配制濃度為0.05 mol/L的硫酸銅溶液，用1.5 mL乳酸、氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的pH值為11 ;在溶液中加入非離子型表面活性劑聚乙二醇，二電極體系中，其中石墨電極為陽極，1.5 cm*5 Cm的ITO玻璃片為陰極,在恒壓2.5 V,恒溫50。(!'的條件下,進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積時間為I min ;將電沉積得到長有氧化亞銅的ITO玻璃片電極，在400 V的燒結(jié)爐中退火處理4小時，即得到在六棱柱氧化鋅上長有特定結(jié)構(gòu)的氧化亞銅，將電沉積后的ITO電極，放入體積比為1:1000的全氟辛基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡24 h ；取出浸泡后的ITO電極，用接觸角測量儀測納米氧化鋅表面的靜態(tài)接觸角和滾動角，得到更優(yōu)的超疏水特性。
[0020]【具體實施方式】七:配制濃度為0.05 mol/L的硫酸銅溶液，用1.5 mL乳酸、氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的PH值為11 ;二電極體系中，其中石墨電極為陽極，1.5 cm*5 cm的ITO玻璃片為陰極，在恒壓2.5 V，恒溫50 1:的條件下，進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積時間為10 s ;將電沉積得到長有氧化亞銅的ITO玻璃片電極，在400 °C的燒結(jié)爐中退火處理3 h，即得到在六棱柱氧化鋅上長有特定結(jié)構(gòu)的氧化亞銅，將電沉積后的ITO電極，放入體積比為1:1000的全氟辛基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡24 h;取出浸泡后的ITO電極，用接觸角測量儀測納米氧化鋅表面的靜態(tài)接觸角和滾動角，得到更優(yōu)的超疏水特性。
[0021]【具體實施方式】八:配制濃度為0.05 mol/L的硫酸銅溶液，用1.5 mL乳酸、氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的PH值為10 ;二電極體系中，其中石墨電極為陽極，1.5 cm*5 cm的ITO玻璃片為陰極，在恒壓2.5 V，恒溫50 1:的條件下，進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積時間為30 s ;將電沉積得到長有氧化亞銅的ITO玻璃片電極，在400 0C的燒結(jié)爐中退火處理4小時，即得到在六棱柱氧化鋅上長有特定結(jié)構(gòu)的氧化亞銅，將電沉積后的ITO電極，放入體積比為1:1000的全氟辛基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡24h ;取出浸泡后的ITO電極，用接觸角測量儀測納米氧化鋅表面的靜態(tài)接觸角和滾動角，得到更優(yōu)的超疏水特性。
[0022] 【具體實施方式】九:配制濃度為0.05 mol/L的硫酸銅溶液，用1.5 mL乳酸、氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的PH值為9 ;二電極體系中，其中石墨電極為陽極，1.5 cm*5 cm的ITO玻璃片為陰極，在恒壓2.5 V，恒溫50 1:的條件下，進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積時間為I min ;將電沉積得到長有氧化亞銅的ITO玻璃片電極，在400 °C的燒結(jié)爐中退火處理4 h，即得到在六棱柱氧化鋅上長有特定結(jié)構(gòu)的氧化亞銅，將電沉積后的ITO電極，放入體積比為1:1000的全氟辛基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡24 h;取出浸泡后的ITO電極，用接觸角測量儀測納米氧化鋅表面的靜態(tài)接觸角和滾動角，得到更優(yōu)的超疏水特性。
[0023]【具體實施方式】十:配制濃度為0.1 mol/L的硫酸銅溶液，用1.5 mL乳酸、氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的PH值為9 ;二電極體系中，其中石墨電極為陽極，1.5 cm*5 cm的ITO玻璃片為陰極，在恒壓2.5 V，恒溫60 1:的條件下，進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積時間為10 s ;將電沉積得到長有氧化亞銅的ITO玻璃片電極，在400°C的燒結(jié)爐中退火處理4 h，即得到在六棱柱氧化鋅上長有特定結(jié)構(gòu)的氧化亞銅，將電沉積后的ITO電極，放入體積比為1:1000的全氟辛基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡24 h;取出浸泡后的ITO電極，用接觸角測量儀測納米氧化鋅表面的靜態(tài)接觸角和滾動角，得到更優(yōu)的超疏水特性。
[0024]【具體實施方式】十一:配制濃度為0.1 mol/L的硫酸銅溶液，用1.5 mL乳酸、氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的PH值為11 ;二電極體系中，其中石墨電極為陽極，1.5 cm*5 cm的ITO玻璃片為陰極，在恒壓2.5 V，恒溫70 1:的條件下，進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積時間為I min ;將電沉積得到長有氧化亞銅的ITO玻璃片電極，在400°C的燒結(jié)爐中退火處理4 h，即得到在六棱柱氧化鋅上長有特定結(jié)構(gòu)的氧化亞銅，將電沉積后的ITO電極，放入體積比為1:500的十二硫醇的乙醇溶液中浸泡4 h ;取出浸泡后的ITO電極，用接觸角測量儀測納米氧化鋅表面的靜態(tài)接觸角和滾動角，得到更優(yōu)的超疏水特性。
【權(quán)利要求】
1.一種提高六棱柱狀結(jié)構(gòu)納米氧化鋅材料表面潤濕性的方法，其特征在于:在六棱柱狀結(jié)構(gòu)的氧化鋅上電沉積具有相對較低表面能的氧化亞銅，按以下步驟進(jìn)行: 一、配制濃度為0.005^0.1 mo I/L的硫酸銅水溶液，在溶液中加入陽離子或非離子型表面活性劑； 二、使用乳酸、氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的pH值為9~12； 三、使用二電極體系，其中石墨電極為陽極，1.5 cm*5 cm的ITO玻璃片為陰極,在恒壓2.5 V，恒溫50~70 1:的條件下，進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積時間為10 s~5 min ； 四、將電沉積得到長有氧化亞銅的ITO玻璃片電極，在30(T500°C的燒結(jié)爐中退火處理1-4 h，即得到在六棱柱氧化鋅上長有特定結(jié)構(gòu)的氧化亞銅； 五、將電沉積后的ITO電極，放入體積比為l:100(Tl:200的全氟辛基三乙氧基硅烷或十二硫醇的乙醇溶液中浸泡I h~48 h ； 六、取出浸泡后的ITO電極，用接觸角測量儀測納米氧化鋅表面的靜態(tài)接觸角，得到其表面接觸角為158°~173°，滾動角為2°~7°，結(jié)果表明柱狀氧化鋅上電沉積氧化亞銅后提高了其表面潤濕性能。
2.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的一種提高六棱柱狀結(jié)構(gòu)納米氧化鋅材料表面潤濕性的方法，其特征在于:所述步驟一中的在水溶液中添加的陽離子型表面活性劑為季銨鹽型，非離子型表面活性劑為失水山梨醇酯類。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高六棱柱狀結(jié)構(gòu)納米氧化鋅材料表面潤濕性的方法，其特征在于:步驟一中陽離子和非離子型表面活性劑的摩爾比為1:廣1:5，其中陽離子表面活性劑的摩爾濃度為0.05^10 mmol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高六棱柱狀結(jié)構(gòu)納米氧化鋅材料表面潤濕性的方法，其特征在于:步驟四中退火是在空氣中進(jìn)行，不含有其他保護(hù)性氣體。
【文檔編號】C25D9/04GK104018200SQ201410199616
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】王文鋒, 薛名山, 王法軍, 歐軍飛, 李文 申請人:南昌航空大學(xué)