[发明专利]一种提高六棱柱状结构纳米氧化锌材料表面润湿性的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种提高六棱柱状结构纳米氧化锌材料表面润湿性的方法。 

背景技术

氧化锌是一种具有直接带隙的N型半导体材料，禁带宽度3.37 eV，理论处锂量 978 mAh/g，在光电，光催化，染料敏化纳米晶太阳能电池，锂离子电池等领域有着广泛应用。六棱柱状氧化锌经氟硅烷处理后，表现为超疏水特性，然而,其表面的静态接触角在152^o左右，滚动角大于7^o。 Cu₂0是一种典型的P型半导体材料，禁带宽度为2.1 eV，根据制备条件的不同电阻率可在10³～10¹³ Ω·cm范围内变化。可见光范围的吸,收系数较高，能量转化率理论上可达10％，相对于ZnO有更低的表面能和禁带宽度以及更好的催化活性。目前，济南大学魏浩铭等把氧化锌/氧化亚铜（ZnO/Cu₂O）两种典型的n/p半导体为研究对象，对其光电转换性能进行了研究。但是，对ZnO表面的润湿性的影响并未做相关研究。因此，在六棱柱状纳米氧化锌材料表面电沉积颗粒状氧化亚铜，经氟化处理，其表面润湿性能会明显提高。 

发明内容

为了提高六棱柱状ZnO纳米材料表面的润湿性能，本发明提供了一种提高六棱柱状结构纳米ZnO材料表面的润湿性能的方法。 

本发明所采取的技术方案是：以沉积有六棱柱状纳米氧化锌的ITO玻璃片为基底，以硫酸铜、乳酸、氢氧化钠为原料，加入阳离子和非离子表面活性剂，在二电极体系中，控制沉积电压、时间温度，经阴极还原在六棱柱状氧化锌上沉积颗粒状氧化亚铜，在一定温度烧结后，用低表面能物质处理并测量其表面静态接触角。 

本发明的制备特征工艺步骤如下： 

一、配制浓度为0.005~0.1 mol/L的硫酸铜水溶液，在溶液中加入阳离子或非离子型表面活性剂，两者的摩尔比为1:1~1:5；

二、使用乳酸、氢氧化钠调节溶液的pH值为9~12；

三、使用二电极体系，其中石墨电极为阳极，1.5 cm*5 cm的ITO玻璃片为阴极，在恒压2.5 V，恒温50~70 ℃的条件下，进行电化学沉积，沉积时间为10 s~5 min；

四、将电沉积得到长有氧化亚铜的ITO玻璃片电极，在300~500 ℃的烧结炉中退火处理1~4 h，即得到在六棱柱氧化锌上长有特定结构的氧化亚铜；

五、将电沉积后的ITO电极，放入体积比为1:1000~1：200的全氟辛基三乙氧基硅烷或十二硫醇的乙醇溶液中浸泡1 h~48 h；

六、取出浸泡后的ITO电极，用接触角测量仪测纳米氧化锌表面的静态接触角，得到其表面接触角158^o~173^o，滚动角为2^o~7^o，结果表明柱状氧化锌上电沉积氧化亚铜后提高了其表面润湿性能。

进一步的，所述步骤一中的在水溶液中添加的阳离子型表面活性剂为季铵盐型，非离子型表面活性剂为失水山梨醇酯类。 

进一步的，所述步骤一中阳离子表面活性剂的摩尔浓度为0.05~10 mmol/L。 

进一步的，所述步骤四中退火是在空气中进行，不含有其他保护性气体。 

本发明的优点是：（1）在六棱柱状氧化锌表面电沉积的氧化亚铜为小颗粒状，在氧化锌表面分布均匀，经氟硅烷和十二硫醇处理，其表面的接触角大大增加，滚动角相应减小；（2）本方法可直接生长在电极上，其附着力要比一般的涂布方法好得多；（3）本发明使用的硫酸铜、乳酸、氢氧化钠和表面活性剂等都是常用原料，生产成本低，对反应设备要求低，反应条件温和，制备方法简单，无环境污染。 

附图说明

图1为本发明六棱柱状结构纳米氧化锌上电沉积氧化亚铜的场发射扫描电镜图。 

图2为本发明六棱柱状结构纳米氧化锌上电沉积氧化亚铜的EDS图。 

图3为本发明六棱柱状结构纳米氧化锌上电沉积的氧化亚铜经氟硅烷修饰后的静态接触角示意图。 

图4为本发明六棱柱状结构纳米氧化锌上电沉积的氧化亚铜经氟硅烷修饰后滚动角示意图。 

具体实施方式

    给出本发明的实施例并结合给出的实施例对本发明加以说明，但所给出的实施例对本发明不构成任何限制：