[发明专利]一种在柔性塑料基底上低温电沉积制备有序ZnO纳米棒的方法

说明书

本发明的目的，提供一种利用简单、低温、直接的电沉积手段，在负载有ITO导电膜的柔性塑料衬底上制备一维有序的ZnO纳米棒阵列的方法。包括以下步骤：采用柔性PET/ITO基底为工作电极，Pt丝电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，构建三电极体系；将三电极体系置于电解杯中，电解杯中填充浓度为0.0001mol/L～0.001mol/L的Zn(CH₃COO)₂水溶液，并添加0.1M的KCl增强溶液导电性；将电解杯放于50～80℃的恒温水浴锅中，并向其内提前通入流量为10～20mL/min的O₂以保证电解液氧含量饱和直至反应结束，沉积过程采用恒电位阴极沉积法，电极两端施加‑0.9～‑1.2V并反应30min～60min即可得到均匀的ZnO纳米棒阵列薄膜。利用本发明可以在柔性PET/ITO基底上低温可控制备得到ZnO纳米棒阵列薄膜，作为柔性光电子器件材料。

技术领域

本发明涉及纳米材料的制备领域，特别是涉及一种利用简单、低温、直接的电沉积手段，在负载有ITO导电膜的柔性塑料衬底上制备一维有序的ZnO纳米棒阵列的方法。

背景技术

柔性导电衬底在纳米电子器件与光电子器件等诸多领域都显示出广阔的应用前景。目前，常用的柔性导电衬底多为表面负载有ITO薄膜的的塑料衬底，具有透明、耐震、质量轻等特点。但该类衬底大部分存在耐高温(100℃以上开始产生变形、变性或融化)及耐酸碱性(表面导电膜在酸碱性环境下容易脱落)差的缺点，限制了在其表面负载半导体纳米薄膜材料的制备技术。同时，一维ZnO纳米结构由于其特殊的性质在材料、物理、化学领域中被广泛应用于压电、场发射、传感器以及太阳能电池等器件。尽管大量的研究工作仍然倾向于无序一维ZnO纳米结构的制备，但越来越多的学者意识到取向一致的纳米结构阵列对于各类器件相应性能的提升至关重要。因此，在柔性塑料衬底(PET/ITO)上直接、简单、便捷地制备出取向有序、结构完整的一维ZnO纳米棒阵列是一项极具挑战的课题。

目前，常采用的技术途径主要有两种：(1)将ZnO纳米棒薄膜采用常规方法制备在其他临时载体上然后剥离下来并转移到柔性衬底上；(2)直接将ZnO纳米薄膜磁控溅射或者刮涂负载在柔性衬底表面。前者半导体薄膜在剥离过程中容易造成结构破坏，其次转移之后衬底与薄膜之间的粘结性较差，影响光电器件的电子传输；后者虽然实现了ZnO薄膜与柔性塑料衬底之间的直接结合，但磁控溅射法制备成本高不利于大规模工业化生产，刮涂法同样存在薄膜粘结性差的缺点，且两种方法均适合制备ZnO纳米粒子薄膜，而无法实现一维有序纳米棒阵列的制备。此外，受柔性塑料衬底耐高温、耐酸碱性差的缺点限制，其他在刚性导电基底上制备ZnO纳米棒阵列的常规方法，如水热法、模板法、气相沉积法、气-液-固相生长法等无法直接用于柔性衬底上。张明喆等人利用TEC与循环水浴相结合，Zn(NO₃)₂溶液保持-2℃，热电制冷器两端通过变换施加+3V与-3V的电压形成冰核，最后电沉积得到ZnO纳米片薄膜，但操作过程复杂，难以实现ZnO纳米棒的生长。虽其他学者也进行了电沉积制备的相关尝试，但仅仅是将硬质基底上电沉积制备ZnO薄膜的参数简单移植于PET/ITO基底之上，所得样品ITO薄膜多会脱落，且导电性急剧下降，ZnO薄膜形貌可控性差，难以得到取向较好的纳米棒阵列。

发明内容

本发明针对以上问题，克服背景技术存在的不足，提供一种利用简单、低温、直接的电沉积手段，在负载有ITO导电膜的柔性塑料衬底上制备一维有序的ZnO纳米棒阵列的方法。

本发明提供的一种在柔性塑料衬底上低温电沉积制备ZnO纳米棒阵列薄膜的方法，包括以下步骤：

(1)采用柔性PET/ITO基底为工作电极，Pt丝电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，构建三电极体系；

(2)将三电极体系置于电解杯中，电解杯中填充浓度为0.0001mol/L～0.001mol/L的Zn(CH₃COO)₂水溶液，并添加0.1M的KCl增强溶液导电性；