[发明专利]一种镀银的蜂窝状和棒状氧化锌纳米阵列/石墨烯的复合薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于氧化锌纳米阵列材料技术领域，具体涉及一种镀银的蜂窝状和棒状氧化锌纳米阵列/石墨烯的复合薄膜及其制备方法。

背景技术

氧化锌是II-VI族半导体,熔点是1975℃，氧化锌具有非对称性晶体结构的极性晶体，属于六角晶系,氧化锌晶体结构示是由氧的六角密堆积套构锌的六角密堆积组成，还含有6个非极性面，两端的极性面构成一个电偶极矩使得极性面的表面能高于其他非极性面的表面能，因此极性面的状态都比非极性面不稳定，因此，氧化锌的室温下能带带隙为3.37eV，激子束缚能高达60mV，远高于其他禁带半导体材料，因此氧化锌的激子在室温下可以稳定存在，具有较高的光学增益、能量转换效率以及高的光响应特性，且锌的来源丰富，对环境无污染，因此在半导体、光电应用等领域有广阔的应用前景。

氧化锌具有丰富的纳米形态，通过热蒸发、分子束外延、脉冲激光沉积、电化学沉积、溶胶-凝胶、水热合成，溶剂热合成、直接沉降等方法形成管状、螺旋状、阵列状、环状、十字状、颗粒状等形态，其中氧化锌的纳米阵列因具有良好的电子传输性能和压电性能研究较多。中国专利CN 101824613B公开的一种在氧化锌铝导电薄膜上生长氧化锌纳米阵列的方法，将二水合醋酸锌、单乙醇胺和去离子水溶解于乙二醇甲醚中，再将六水合氯化铝溶解加入其中，混合均匀，恒温搅拌得到溶胶，利用旋涂工艺沉积在ITO玻璃片上，烘干退火得到氧化锌铝籽晶层，将氧化锌铝籽晶层倒置于含有六水合硝酸锌和氢氧化钠水溶液中，密封加热水热反应，得到产品，该制备方法将溶胶凝胶技术与水热合成相结合，提高产品的导电性能和在光伏器件中的应用。中国专利CN105271361B公开的一种树枝状氧化锌纳米线阵列的制备方法，采用原子层沉积工艺在基底表面沉积一层氧化锌种子层，将基底浸没于含硝酸锌、六亚甲基四胺和聚醚酰亚胺的前驱体水溶液中，密封加热水热反应生长氧化锌纳米锌阵列，再采用原子层沉积工艺在含氧化锌纳米锌阵列的基底表面沉积一层氧化锌种子层，再浸没重复水热反应，得到树枝状的氧化锌纳米线阵列。该方法将原子层沉积技术与水热合成结合，可保证在非平整的表面均匀沉积氧化锌种子层，有利于形成含完整均匀枝杈的树枝结构，提高气体敏感性能。由上述现有技术可知，通过将水热合成技术与其他技术相结合可制备得到特殊结构的氧化锌纳米阵列。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种镀银的蜂窝状和棒状氧化锌纳米阵列/石墨烯的复合薄膜及其制备方法，以清洗的铝箔作为基底，从下到上依次旋涂石墨烯涂层、射频磁控法和水热合成含蜂窝状和棒状的氧化锌纳米墙阵列、射频磁控镀银层，制备得到的复合薄膜含有蜂窝状和棒状氧化锌纳米阵列，并且在氧化锌纳米阵列的上下包覆石墨烯涂层和镀银涂层，提高了复合薄膜的导电性能，进一步提高复合薄膜的光催化和光电转换性能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种镀银的蜂窝状和棒状氧化锌纳米阵列/石墨烯的复合薄膜，所述镀银的蜂窝状和棒状氧化锌纳米阵列/石墨烯的复合薄膜的结构从下到上依次为铝箔基底、石墨烯涂层、含蜂窝状和棒状的氧化锌纳米墙阵列和镀银层，所述石墨烯涂层通过旋涂和退火还原制备，含蜂窝状和棒状的氧化锌纳米墙阵列通过射频磁控法和水热合成制备，镀银层通过射频磁控法制备。

本发明还提供一种镀银的蜂窝状和棒状氧化锌纳米阵列/石墨烯的复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将清洗的铝箔基底表面旋涂氧化石墨烯涂层，真空干燥，得到涂覆氧化石墨烯的基底；

(2)将步骤(1)制备的涂覆氧化石墨烯的基底置于射频磁控装置中，以氧气和氩气为反应气体，在0.5-1.2Pa下，溅射，得到镀有种子层的基底；

(3)将步骤(2)制备的镀有种子层的基底置于硝酸锌和六亚甲基四胺的混合溶液中，滴加十二烷基硫醇，密封，在90-100℃下进行水热反应1-6h，得到含蜂窝状和棒状的氧化锌纳米墙阵列的基底；

(4)将步骤(3)制备的含蜂窝状和棒状氧化锌纳米墙阵列的基底在氩气氛围下，进行直流溅射镀银，退火还原，得到镀银的蜂窝状和棒状氧化锌纳米阵列/石墨烯的复合薄膜。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，真空干燥的温度为60-100℃，时间为1-2h。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，氧气的流量为5-50SCCM，氩气的流量为5-50SCCM，溅射的功率为30-100W，时间为1-10min。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，硝酸锌和六亚甲基四胺的混合溶液中硝酸锌和六亚甲基四胺的摩尔比为1:1。