[发明专利]一种通过添加Ca2+来改变ZnO形貌的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过添加Ca²⁺来改变ZnO形貌的方法，属于无机光电材料制备工艺技术领域。

背景技术

ZnO是一种直接n型半导体，具有较高的激子束缚能(约60meV)和较大的带隙宽度(3.37eV),为六方纤锌矿结构。ZnO具有良好的光电、压电和气敏性质，电化学稳定性高、价格低廉、毒性小、能阻截紫外光等优点，在透明导体、太阳能电池窗口、光波导器、高频压电转换器、微传感器等方面具有广泛的用途。

迄今为止，人们已经研究出了许多通过电沉积的实验方法来获得不同氧化锌晶体形貌(颗粒状、柱状、线状、片状等)的方法，如改变实验温度、改变沉积电压、改变电解液浓度或是向电解液中添加各种结构导向剂(如十二烷基硫酸钠，十六烷基三甲基溴化铵，磺基琥珀酸二辛脂钠盐和十二烷基苯磺酸钠等)，但是向电解液中添加无机阳离子来改变氧化锌形貌的制备方法仍旧比较欠缺，本发明中，采用脉冲电沉积的方法制备了柱状氧化锌薄膜，并且在向硝酸锌电解液中添加不同含量的钙离子后得到了片状氧化锌薄膜，设备简单、操作简便、低温常压下即可进行。

发明内容

    本发明的目的在于针对现有技术的缺点和不足，提供一种简便高效的通过添加Ca²⁺来改变ZnO形貌的方法。

通过添加Ca²⁺来改变ZnO形貌的方法的步骤如下：

1)工作电极，即ITO导电玻璃的活化：用丙酮清洗ITO导电玻璃3～5次，再用去离子水将三块ITO导电玻璃放在超声波清洗器中清洗30～60min，接着将ITO导电玻璃放在稀硝酸溶液中活化30～60s，最后用去离子水清洗，备用；

2)柱状氧化锌薄膜电极的制备：将0.0010mol的Zn(NO₃)₂溶于80mL的去离子水，搅拌5～10min，用稀NaOH溶液调节溶液PH值至6.00，加入去离子水，得到体积为100mL的澄清电解液；以ITO导电玻璃为工作电极，铂片电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，置于电解液中进行脉冲电沉积，实验水浴温度控制在60℃，相对于甘汞电极的阴极电位为0V和-1.1V，其中一个循环中0V持续时间为30s，-1.1V持续时间为10s，实验共循环180～360次，在第一块ITO导电玻璃上得到白色氧化锌薄膜，去离子水冲洗后晾干，备用；

3)第一片片状氧化锌薄膜电极的制备：将0.0010mol的Zn(NO₃)₂﹒6H₂O溶于80mL的去离子水，搅拌5～10min，后加入0.0020mol的Ca(NO₃)₂﹒4H₂O，搅拌5～10min，用稀NaOH溶液调节溶液PH值至6.00，加入去离子水，得到体积为100mL的澄清电解液，以ITO导电玻璃为工作电极，铂片电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，置于电解液中进行脉冲电沉积，实验水浴温度控制在60℃，相对于甘汞电极的阴极电位为0V和-1.1V，其中一个循环中0V持续时间为30s，-1.1V持续时间为10s，实验共循环180～360次，在第二块ITO导电玻璃上得到白色氧化锌薄膜，去离子水冲洗后晾干，备用；

4)第二片片状氧化锌薄膜电极的制备：将0.0010mol的Zn(NO₃)₂﹒6H₂O溶于80mL的去离子水，搅拌5～10min，后加入0.0100mol的Ca(NO₃)₂﹒4H₂O，搅拌5～10min，用稀NaOH溶液调节溶液PH值至6.00，加入去离子水，得到体积为100mL的澄清电解液，以ITO导电玻璃为工作电极，铂片电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，置于电解液中进行脉冲电沉积，实验水浴温度控制在60℃，相对于甘汞电极的阴极电位为0V和-1.1V，其中一个循环中0V持续时间为30s，-1.1V持续时间为10s，实验共循环180～360次，在第三块ITO导电玻璃上得到白色氧化锌薄膜，去离子水冲洗后晾干，备用；

5)将步骤2）、步骤3）、步骤4）三块ITO导电玻璃上得到的氧化锌薄膜分别进行X-射线粉末衍射、场发射扫描电镜表征，将从X-射线粉末衍射仪上所得的数据和从场发射扫描电镜上所得的图片分别用Origin8软件作XRD图以及通过Photoshop软件处理并作SEM图。