[发明专利]一种制备图案化氧化锌纳米线阵列的方法

说明书

本发明涉及一种制备图案化氧化锌纳米线阵列的方法，包括以下步骤：1)在衬底表面制备晶种层；2)在晶种层表面涂覆光刻胶；3)将含有图案的掩膜板置于光刻胶层上，之后在紫外灯下曝光；4)移去掩膜板并用显影液对光刻胶层中未固化的光刻胶进行冲洗；5)将光刻后材料浸入氧化锌纳米线的生长前驱液中，进行氧化锌纳米线阵列的水热生长；6)除去光刻后材料表面剩余的光刻胶，即在衬底表面得到图案化氧化锌纳米线阵列。与现有技术相比，本发明利用光刻胶对衬底表面晶种层的选择性覆盖，实现了氧化锌纳米线阵列的图案化制备，该方法加工方便，成本低廉，可实现氧化锌纳米线阵列的大面积图案化制备。

技术领域

本发明属于纳米结构制备技术领域，涉及一种制备图案化氧化锌纳米线阵列的方法。

背景技术

氧化锌具有宽带隙、优异的化学稳定性和热稳定性，在诸多领域具有广泛的应用。氧化锌纳米线易于合成，成本低廉，制备方法多样，主要有CVD、外延法、水热法、溶剂热法和电化学沉积法等。阵列化的氧化锌纳米线具有三维空间结构，比表面积大，有助于复合其他材料。因此，氧化锌纳米线阵列被广泛运用于纳米发电机、传感器、发光二极管、紫外探测、太阳能电池、生物传感等功能型微纳器件。

近年来，图案化的微结构和纳米结构已经吸引了极大的关注，随着图案化技术的不断发展优化，氧化锌纳米线阵列的精确可控制备逐步得到实现。图案化氧化锌纳米线阵列常见的制备方法主要有微球自组装法、电子束曝光法、纳米压印法和激光干涉法等。这几种方法均通过预先对生长基底进行处理，使纳米材料的生长区域与非生长区域的表面理化性质产生差异，进而实现氧化锌纳米线的选择性生长。

在上述方法中，微球自组装法和激光干涉法因其技术原理，仅适用于制备周期性重复的图案，难以实现非周期性图案的自定义生长。电子束曝光法是利用聚焦电磁场将电子束聚焦成为细小束流，按照程序将预定图案记录到光刻胶等光感材料上，经显影后在光刻胶模板上留下图形的一种技术手段，该方法加工精度高，可以精确控制纳米棒阵列的生长位置和间距，但是加工速度较慢，成本较高，长时间操作稳定性差，不适合制备大面积高密度的纳米棒阵列。纳米压印法需要在每次压印前在柔性印章上预先沉积结晶种子，并且由于PDMS印章存在寿命和可重复性差而导致图案变形失真的问题。

中国发明专利CN 107170669 A公开了一种通过对聚多巴胺薄膜进行紫外氧化的方法，利用掩膜板形成图案化的聚多巴胺薄膜，进而使特定区域的氧化锌纳米线生长受到抑制，从而实现了氧化锌纳米线阵列的图案化生长。然而，该方法存在聚多巴胺薄膜完整性不足的问题，导致氧化锌会在聚多巴胺薄膜存在漏洞的区域进行少量生长，因此其图案形状的可控性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备图案化氧化锌纳米线阵列的方法。本发明结合光刻工艺与纳米材料的水热生长方法，实现了氧化锌纳米线阵列在衬底表面不同位置的选择性生长，适用于在多种衬底表面生长大面积图案化氧化锌纳米线阵列。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种制备图案化氧化锌纳米线阵列的方法，该方法包括以下步骤：

1)在衬底表面制备晶种层；

2)在晶种层表面涂覆光刻胶，得到光刻胶层；

3)将含有图案的掩膜板置于光刻胶层上，之后在紫外灯下曝光；

4)移去掩膜板并用显影液对光刻胶层中未固化的光刻胶进行冲洗，得到光刻后材料；

5)将光刻后材料浸入氧化锌纳米线的生长前驱液中，进行氧化锌纳米线阵列的水热生长；

6)除去光刻后材料表面剩余的光刻胶，即在衬底表面得到图案化氧化锌纳米线阵列。

进一步地，步骤1)中，所述的衬底的材质为硅、氧化硅、玻璃、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PDMS(聚二甲基硅氧烷)或PVDF(聚偏氟乙烯)。