[发明专利]一种制备ZnO纳米线阵列的方法

说明书

技术领域

本发明涉及ZnO薄膜的制备方法，特别是ZnO纳米材料的制备技术领域中 的针状和六角柱状ZnO纳米线阵列的可控制备方法。

背景技术

一维ZnO纳米材料具有独特的电学、光学、光电和压电特性，尤其是以阵 列形式存在的ZnO纳米线阵列具有广泛的应用价值，例如在纳米发电机、太阳 能电池、场发射电子体、光催化、传感器和激光器等领域。ZnO纳米材料的光 学和电学性质与自身的微结构非常敏感，因此有效的控制ZnO纳米线的生长及 其微结构就很重要。

一维ZnO纳米材料的制备方法分为气相法和液相法两大类，其中气相法包 括磁控溅射、化学气相沉积、脉冲激光沉积和分子束外延等；液相法包括水热 法、模板法、微乳液法、热分解法和催化生长法等。两大类制备方法各有优点， 但相比气相法而言，液相法具有合成温度低、设备简单、易调控以及高沉积速 率等优点而受到研究者的重视。

在特定衬底上可控制备出ZnO纳米线阵列是设计和制备各种器件的前提。 现有技术公开的方法是在衬底材料表面预先形成ZnO薄膜的子层，然后将衬底 浸入配制好的锌盐和胺类表面活性剂的混合溶液中，即可在ZnO子层上生长出 ZnO纳米线。如中国发明专利200810028488.3和200810122113.3分别采用激光 沉积或离子溅射法在衬底材料表面形成ZnO子层，然后将衬底置入锌盐和胺类 表面活性剂的混合溶液中，在衬底表面生长出ZnO纳米线阵列。从这些制备ZnO 纳米线阵列的技术来看，均存在反应时间过长、沉积速率不高、需要高温高压 和微结构不易控制等缺点。此外，现有技术多是在ZnO子层衬底上制备ZnO纳 米线，由于子层为半导体，这种结构可能会在应用中受到一定的限制。

发明内容

本发明提供可克服现有技术不足的一种简便、有效的控制ZnO纳米线阵列 结构的方法。

本发明的方法是将铜的衬底表面进行抛光处理，然后将衬底浸入到总体积 为50ml的5～120mM的硝酸锌水溶液与10～30mM的二甲基胺硼烷水溶液中， 保持溶液温度为60～90℃，充分反应后可在衬底上得到氧化锌薄膜。

本发明的另一种方法是首先在玻璃、硅，或者陶瓷等衬底材料上制备出银 或铜的子层，然后将衬底浸入到总体积为50ml的5～120mM的硝酸锌水溶液 与10～30mM的二甲基胺硼烷水溶液中，保持溶液温度为60～90℃，充分反应 后可在衬底上得到氧化锌薄膜。

本发明在衬底材料上形成银或铜的子层的方法可以是真空蒸镀，或者真空 溅射等方法。

本发明也可在玻璃衬底材料上采用化学法在衬底表面形成银的子层。

采用化学法在衬底材料表面形成银的子层的优选方法是：

a.把玻璃衬底分别在蒸馏水、酒精、丙酮溶液中超声清洗，除去表面的杂质、 油渍；

b.把清洗好的衬底在常温下浸入到5-10g/l的SnCl₂和0.08M的盐酸混合敏 化溶液中，浸泡0.5至5分钟；

c.取出后，浸入到蒸馏水中，大约2至20秒；

d.然后取出，再把玻璃衬底浸入到1-10g/l的常温AgNO₃处理水溶液中，浸 泡1至6分钟；

e.重复步骤b-d数次，直至玻璃衬底材料由光亮透明变为茶色。

采用本发明，通过控制硝酸锌水溶液的不同浓度，可以得到不同形态的氧 化锌薄膜，例如：将带有银或铜的衬底材料或铜片浸入到50ml的5～10mM的 硝酸锌水溶液与10～30mM的二甲基胺硼烷水溶液中处理，可得到针状ZnO纳 米线阵列；将带有银或铜的衬底材料或铜片浸入到50ml的20～70mM的硝酸 锌水溶液与10～30mM的二甲基胺硼烷水溶液中处理，可得到截面为六角形的 柱状ZnO纳米线阵列；将带有银或铜的衬底材料或铜片浸入到50ml的80～120 mM的硝酸锌水溶液与10～30mM的二甲基胺硼烷水溶液中处理，可得到片状 或者多晶结构的ZnO薄膜。

本发明的方法操作极其简便，沉积速率高，成本低，可在导电衬底上大面 积制备出ZnO纳米线阵列，有利于工业化生产及在电子器件领域中的应用。采 用化学法在Ag、Cu衬底上制备出了微结构可控的ZnO纳米线阵列。Ag、Cu 是最常见的导电和电极材料，在其上制备ZnO纳米线与在ZnO子层衬底上制备 ZnO纳米线相比，本发明更有利于ZnO纳米线阵列在电子器件中的应用。