[发明专利]柔性衬底上溶液法生长ZnO纳米线阵列的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种简易的在柔性衬底上单用湿化学的方法制备ZnO纳米线阵列的方法，尤其涉及不使用专用设备在柔性衬底上溶液法生长ZnO纳米线阵列的方法。

背景技术：

ZnO作为一种应用广泛的直接宽带隙(3.36eV，300K)半导体，其优异的光电性能使其成为了近十年来各国研究的热点，ZnO在室温下其激子结合能为60meV，其激子能够在室温及以上温度下稳定存在，是制备半导体激光器(LDs)、发光二极管(LEDs)的理想、材料。而且和氧化锢和氧化锡一样，ZnO在可见光区域是透明的，而且适当掺杂如掺铝后可以导电，这种特性被广泛研究用于平板显示器和太阳能电池的透明导电电极。其结构和晶格尺寸和另一种重要的第三代化合物半导体GaN非常接近，因此二者可以互为缓冲层或衬底，这更拓展了ZnO的应用范围。

ZnO一维纳米材料是纳米材料和重要半导体氧化物的完美结合。ZnO是所已知材料中纳米结构与性质最为丰富的材料，ZnO的纳米结构在制备纳米光电子器件和纳米电子器件方面有很好的应用价值。另外，ZnO的纳米结构还可以在场发射、医疗、生物传感等领域得到应用。

聚酰亚胺(Polyimide，简称PI)薄膜作为一种高性能特种工程塑料薄膜，在较宽的温度范围内具有稳定而优良的物理性能、化学性能和电性能，尤其具有高热稳定性和玻璃化转变温度，是众所周知的耐高温材料，能在-269℃～400℃的宽阔温度范围内使用，热分解温度达到500℃左右，甚至能够在短时间内耐受555℃的高温，而其各项物理性能都不变，可在333℃下长期使用，因此广泛应用于挠性印制电路板(FPC)中作为挠性覆铜箔(FCCL)的基材，因而PI薄膜作为基材产品在以后柔性电子产品领域中有广泛的应用前景。

目前，ZnO纳米线(棒)的制备方法主要有：金属有机气相外延生长(MOVPE)、脉冲激光沉积(PLD)、化学气相沉积法(CVD)、模板法、电化学气相沉积和水热法等，但均处于探索阶段，还不能形成规模生产。

Athavan采用磁控溅射的方法在柔性的聚乙烯薄膜上形成ITO镀层，然后用电化学沉积的方法制备了ZnO纳米线阵列。此方法需要使用磁控溅射的方法在柔性衬底上镀导电涂层，不仅需要大型，昂贵的磁控溅射的设备，而且需要使用电化学工作站，不利于ZnO纳米线阵列的低成本、大规模生产。

Liu采用气相化学沉积(CVD)的方法在柔性凯夫拉尔纤维上制备了结晶度良好的，长度为0.5到2.76μm直径为30到300nm的ZnO纳米线阵列。但是CVD的方法需要有苛刻的工艺条件和昂贵的设备不适合ZnO纳米线阵列的大规模、低成本的生产。

CN101413141A报道了用激光脉冲沉积(PLD)的方法现在柔性衬底上制备一层氧化锌籽晶，然后在用在硝酸锌和六亚甲基四胺的水溶液中水热反应的方法制得ZnO纳米线阵列。此方法虽然后面水热反应生长纳米线的过程简单可行，但是需要使用PLD技术在柔性衬底上制备ZnO籽晶。这就需要有昂贵的设备和苛刻的工艺条件，同样不适合ZnO纳米线阵列的低成本的制备。

发明内容：

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种柔性衬底上溶液法生长ZnO纳米线阵列的方法。该方法设备工艺简单，成本低，技术门槛低，易操作，反应条件温和、无污染。

本发明的技术方案为：本发明采用溶液的方法在柔性衬底上制备ZnO纳米线阵列首先需要在柔性衬底上制备ZnO籽晶层。用溶胶凝胶等湿化学的方法制备ZnO籽晶薄膜，其晶化热处理温度往往高于350℃，假如要用简单的湿化学的方法在柔性衬底上制备ZnO薄膜，一般的柔性薄膜材料都不能在如此高的温度下使用，但是PI薄膜却能很好的解决这个问题，使得用溶胶凝胶的方法在柔性衬底上制备ZnO籽晶薄膜成为可能。

本发明的具体技术方案为：一种柔性衬底上溶液法生长ZnO纳米线阵列的方法，其具体步骤如下：

A.柔性衬底(PI)的酸碱表面处理

将PI薄膜在质量分数为5％-20％的碱溶液里处理1min～100min，再将处理过后的PI薄膜在质量分数为5％-20％的酸溶液里浸泡1min～100min，洗净后在真空干燥箱里面干燥备用；

B.ZnO溶胶的配置：

a.秤取一定量锌盐，然后滴加与锌盐稳定剂，再加入有机溶剂，配置成Zn²⁺浓度为0.05-1mol/L的混合溶液；

b.将混合溶液置于50-80℃水浴中搅拌加热0.5-5小时，形成无色或微黄色透明湿溶胶；

c.将制得的溶胶在干燥箱中陈化，制得氧化锌溶胶；