[发明专利]一种在ZnO纳米线阵列上生长的纤维状ZnO纳米线及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于冷阴极场发射和发光器件领域，具体涉及一种纤维状ZnO纳米线及其制备方法，特别是一种在ZnO纳米线阵列上生长的纤维状ZnO纳米线的制备方法。

背景技术

以纳米结构器件为背景的纳米材料是当今各国新材料研究领域中的前沿热点，是纳米技术领域中最活跃、最具有应用价值的重要组成部分，也是对未来人们的生活、经济和社会发展有着广泛影响的研究对象。由于纳米材料的尺寸小，从而使纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、量子限制效应和宏观量子隧道效应等特征，使纳米材料的磁、光、电、热等物理性质与一般材料不同，呈现出许多奇特的性质。其中ZnO纳米材料是一种的n型II–VI直接宽禁带半导体材料，与传统的半导体材料相比，ZnO纳米材料在室温下的禁带宽度为3.37eV，具有很大激子束缚能(60meV)，是理想的紫外发光器件的材料。除此之外，ZnO纳米材料具有良好的热稳定性、良好的物理和化学稳定性等优点，并且具有高的击穿电压，高的熔点，高的热导率，大的载流子迁移率等特点，是良好的一维纳米冷阴极材料。ZnO纳米材料还在太阳能电池、气敏材料、光催化材料、稀磁半导体材料及光电器件等方面具有重要的应用前景。

自从1990年，M.A.Verges组人对水热法制备ZnO晶体进行首次报道。2003年，L.Vayssieres利用水热法在硅片衬底和导电玻璃衬底上生长出ZnO纳米线阵列，从此以后，水热法制备ZnO纳米材料引起了国际的关注。目前，专家们采用了各种方法制备出了许多不同形貌的ZnO纳米材料，例如，纳米棒，纳米管，纳米带，纳米线，纳米花，纳米四角状等结构。ZnO纳米材料的制备方法主要有热蒸发法，模板法，金属有机物化学气相沉积法，分子束外延法，热湿CVD法等。

近年来，关于ZnO纳米材料的制备及应用已经得到了广泛的研究。中国专利(CN1800029A)公开了一种超细氧化锌纳米线及其制备方法，该超细氧化锌纳米线通过电子束蒸发的方法在硅片上蒸镀一层0.5～2nm厚的金催化剂薄膜，再用CVD法制备而成，这需要较高的温度和精密仪器辅助控制，产率低、成本高。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的之一在于，提供一种在ZnO纳米线阵列上生长的纤维状ZnO纳米线。

本发明采用的技术方案如下：

一种在ZnO纳米线阵列上生长的纤维状ZnO纳米线，所述纤维状ZnO纳米线生长在ZnO纳米线阵列上，该纤维状ZnO纳米线长度为15～30μm，直径为30～50nm，长径比为500～1000。

进一步的，纤维状ZnO纳米线沿[0001]晶向生长在ZnO纳米线阵列上。

本发明的另一个目的在于，提供一种上述在ZnO纳米线阵列上生长的纤维状ZnO纳米线的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将Zn片材料剪切压平后，分别用去离子水、乙醇、丙酮和CCl₄的体积比为1:1混合溶液、乙醇、去离子水超声清洗，获得衬底，备用；

(2)制备溶胶，具体操作如下：以二水合乙酸锌作为前躯体，以乙醇作为溶剂配置混合溶液，配置过程中不断搅拌使溶液浑浊，再逐滴滴入稳定剂乙醇胺，得到均匀透明的溶液；将其陈化形成均匀透明的溶胶；

(3)在Zn片衬底上，对形成的溶胶使用旋转涂覆工艺镀膜四层，每镀一层后均进行一次热处理；最后对镀膜后的Zn片衬底进行退火处理，获得ZnO晶种层；

(4)配制前驱体溶液，具体操作为：分别配置二水合乙酸锌溶液和氢氧化钠溶液；将二水合乙酸锌溶液逐滴加入氢氧化钠溶液并均匀搅拌，在滴加的过程中保持无沉淀生成，得到前驱体溶液；

(5)将前驱体溶液倒入装有镀膜的Zn片衬底的反应釜中并密封，前驱体溶液在反应釜的填充度为70％，在100～130℃下保温4～6h，取出产物用去离子水冲洗烘干，得到在ZnO纳米线阵列上生长的纤维状ZnO纳米线。

进一步的，所述步骤(1)中，先将Zn片依次用去离子水和乙醇分别超声清洗15～20min；再使用体积比为1:1的丙酮和CCl₄的的混合溶液超声清洗25～30min；最后依次使用乙醇和去离子水分别超声清洗15～20min。

进一步的，所述步骤(2)中，乙醇为纯度99.7％以上的无水乙醇；二水合乙酸锌在混合溶液中的浓度为0.30～0.40mol/L；乙醇胺和二水合乙酸锌的摩尔比为1:1；经过陈化后溶液体积减少到56.25％～62.5％。