[发明专利]制备高质量密度均匀垂直氧化锌纳米棒阵列的装置及方法

权利要求书

1.一种制备高质量密度均匀垂直氧化锌纳米棒阵列的装置，其特征在于，所述的装置包括密封箱体(10)、基底放置架(11)、温度监测与控制单元、压力监测与控制单元以及溶液浓度监测与控制单元；所述的基底放置架(11)固定在密封箱体(10)的底部，多个基底片(12)垂直安装在基底放置架(11)上；所述的密封箱体(10)内装有反应液，基底片(12)完全位于反应液中；密封箱体(10)的顶部设有三个开孔，分别用于安装温度传感器(5)、通溶液管道口(4)和通气管道口(6)；密封箱体(10)的侧壁上开有三个开孔，其中两个相对，且位于反应液液面之下，用于安装两个溶液浓度传感器(8)，第三个开孔位于反应液液面之上，用于安装压力传感器(7)，密封箱体(10)下部的侧壁上设有多个开孔，位于反应液液面之下，用于固定电阻丝(9)；

所述的温度监测与控制单元包括温度控制器(1)、温度传感器(5)和电阻丝(9)；所述的温度传感器(5)的测量端从密封箱体(10)竖直插入反应液中；所述的电阻丝(9)安装在密封箱体(10)下部，位于反应液中；所述的温度控制器(1)位于密封箱体(10)外部，通过导线分别与温度传感器(5)的外端和电阻丝(9)的两端相连接，通过温度控制器(1)控制密封箱体(10)内反应温度恒定；

所述的压力监测与控制单元包括压力控制器(3)、通气管道口(6)、压力传感器(7)和气泵(13)；所述的压力传感器(7)安装在密封箱体(10)的侧壁上，测量端位于密封箱体(10)内，用于测量密封箱体(10)内的压力；通气管道口(6)安装在密封箱体(10)顶部的开孔中；所述的压力控制器(3)和气泵(13)布置在密封箱体(10)外，压力控制器(3)通过导线与压力传感器(7)和气泵(13)相连接，所述的气泵(13)通过管路与通气管道口(6)连接，通过气泵(13)向密封箱体(10)内通气，以控制密封箱体(10)内压力恒定；

所述的溶液浓度监测与控制单元包括溶液浓度控制器(2)、通溶液管道口(4)、溶液浓度传感器(8)和溶液输送泵(14)；所述的溶液浓度传感器(8)有两个，安装在密封箱体(10)的侧壁上，两个溶液浓度传感器(8)位于同一水平面上，相对布置；通溶液管道口(4)安装在密封箱体(10)顶部开孔中；所述的溶液浓度控制器(2)和溶液输送泵(14)布置在密封箱体(10)外，溶液浓度控制器(2)与两个溶液浓度传感器(8)和溶液输送泵(14)相连接，所述的溶液输送泵(14)通过管路与通溶液管道口(4)连接，通过溶液输送泵(14)向密封箱体(10)内输送反应液，以控制反应溶液浓度恒定。

2.根据权利要求1所述的一种制备高质量密度均匀垂直氧化锌纳米棒阵列的装置，其特征在于，所述的基底片(12)的材质为氮化镓、硅片或ITO玻璃。

3.一种制备高质量密度均匀垂直氧化锌纳米棒阵列的方法，采用权利要求1或2所述的装置进行制备，其特征在于，步骤如下：

(1)清洗衬底：依次用去离子水、丙酮、异丙醇和去离子水超声清洗衬底15～20分钟，作为基底片(12)；将基底片(12)垂直放置在基底放置架(11)上；

(2)反应溶液的配制：根据生成氧化锌的反应，确定所需的锌源物质和碱性物质作为反应物，将两种反应物分别配置成等浓度的水溶液，将二者等体积混合，作为反应液；

(3)高质量密度均匀垂直氧化锌纳米棒阵列的生长：通过溶液输送泵(14)将反应液输送至密封箱体(10)中，使反应液没过基底片(12)；反应过程中，通过溶液浓度控制器(2)和溶液浓度传感器(8)的监测，并通过溶液输送泵(14)向密封箱体(10)中通入反应液，保证整个反应过程中溶液浓度的恒定；通过温度传感器(5)、电阻丝(9)和温度控制器(1)控制反应温度为80℃～90℃，通过压力传感器(7)和压力控制器(3)控制反应过程压强为0.6kPa～0.8kPa，反应时间3～5h；则在基底片(12)上生长氧化锌纳米棒阵列；

(4)样品的清洗以及干燥：将步骤(3)得到的基底片(12)从密封箱体(10)内取出，用去离子水洗涤，吹干样品表面的水分，在惰性气体氛围置于热平台上干燥处理，干燥温度控制在60℃～100℃，时间控制在0.5～1h，得到高质量密度均匀垂直氧化锌纳米棒阵列。

4.根据权利要求3所述的一种制备高质量密度均匀垂直氧化锌纳米棒阵列的方法，其特征在于，步骤(2)中，选用硝酸锌水溶液和六次甲基四胺水溶液，浓度范围在0.01～0.1mol/L。