[发明专利]微通道内表面上定向生长F掺杂ZnO多孔薄膜的制备

说明书

技术领域

本发明属于多孔薄膜的制备领域，特别涉及一种微通道内表面上定向生长F掺杂ZnO多孔薄膜的制备方法。

背景技术

20世纪90年代以来，自然科学与工程技术发展的一个重要趋势就是向微型化迈进。与常规器件相比，微流控器件具有：比表面积大、反应空间小以及流体的层流特性等诸多优势，从而使其在生物、医药、化工等领域具有广泛的潜在应用前景。微通道作为微流控器件的重要组成部分，在该领域发展的初期，其内表面只是提供一个微空间的纯表面。而随着微流控技术的发展，尤其是微流控芯片在生物检测、反应催化等方面各种各样的具体应用，势必要求对微通道内表面进行必要的改性以满足不同的需求。

目前人们已经通过多种方法对微通道的内表面进行修饰和改性，包括通过微机械加工[J.Atencia et al.,Lab on a Chip,2007,7,1567-1573]、紫外刻蚀[C.Hnatovsky et al.,Applied Physics A:Materials Science & Processing,2006,84,47-61]等技术将微/纳米结构构筑于微通道内表面，通过化学方法将一些功能分子嫁接于内表面等[J.Kobayashi et al.,Science,2004,304,1305-1308]。但是这些方法都存在着修饰效果不佳或不适宜在封闭空间进行操作等不足之处。最近何中媛等人通过湿法化学合成法将氧化锌纳米棒阵列定向生长于微通道内表面，对微通道内表面的修饰起到了一定的效果，且操作方法简单，易于进行[Z.He et al.,Applied Catalysis B:Environmental,2010,93,376-382]。令人遗憾的是这种微通道内表面修饰的效果并不十分理想，因为其ZnO纳米棒的长度仅约1～2μm。因此寻找合适的方法得到效果更佳并易于操作的微通道修饰方法，是很有必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种微通道内表面上定向生长F掺杂ZnO多孔薄膜的制备方法，该方法操作简单，耗费小、改性效果较好。

本发明的一种微通道内表面上定向生长F掺杂ZnO多孔薄膜的制备方法，具体步骤包括：

（1）微通道的清洗

首先将微通道用酸洗液在60～80℃下浸泡10～30min，然后去离子水冲洗，接着用碱洗液在60～80℃下浸泡10～30min，再用去离子水冲洗，最后烘干，得到清洗后的微通道；

（2）微通道内表面上ZnO晶种的制备

配制浓度为0.5mM～50mM锌盐的醇溶液和2mM～0.2M碱的醇溶液，然后分别以10μL/min～100μL/min的速度同时将所述的两种溶液推入清洗后的微通道内，待溶液充满微通道后，停止输送；然后于40～60℃保温2～4h，再升温至70～90℃保温2～4h，最后升温至130～200℃烘1～4h，即得已生长有ZnO晶种的微通道；

（3）微通道内表面上定向生长的不同形貌F掺杂ZnO多孔薄膜的制备

配制总浓度为0.01M～2M的锌盐与氟盐不同比例的混合水溶液、浓度为0.01M～2M碱的水溶液，然后在70～90℃下分别以10μL/min～50μL/min的速度将所述的两种溶液同时推入上述已生长有ZnO晶种的微通道内，连续通入0.5～3h后停止输送溶液，再升温至130～200℃烘1～4h；最后用去离子水清洗并在130～200℃下烘1～4h，即可得到微通道内表面上定向生长的F掺杂ZnO多孔薄膜。

通过调节锌盐与氟盐的混合比例和溶液的注射时间，即可得到多种不同厚度、不同形貌的F掺杂ZnO多孔薄膜。

步骤（1）中所述的微通道为玻璃毛细管。

步骤（1）中所述的酸洗液由浓硫酸、双氧水和蒸馏水组成，其中浓硫酸、双氧水与蒸馏水的体积比为4∶1∶20。

步骤（1）中所述的碱洗液有氨水、双氧水和蒸馏水组成，其中氨水、双氧水与蒸馏水的体积比为1∶4∶20。

步骤（2）及步骤（3）中所述的锌盐为醋酸锌、硝酸锌硫酸锌或氯化锌，步骤（2）优先选用醋酸锌，步骤（3）优先选用硝酸锌。

步骤（2）中所述的醇为乙醇、甲醇或异丙醇，优先选用乙醇。

步骤（3）中所述的氟盐为氟化铵、氟化钠或氟化钾，优先选用氟化铵。

步骤（2）及步骤（3）中所述的碱为碱金属氢氧化物、水合肼、六亚甲基四胺或二乙烯三胺，步骤（2）优先碱金属氢氧化物，步骤（3）优先选用六亚甲基四胺。