一种氧化锌纳米棒及其团簇复合结构及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种氧化锌纳米棒及其团簇复合结构制备技术。此种制备技术在疏水性的金属表面生长ZnO纳米棒及其团簇,到得形貌不同的氧化锌纳米棒。
【背景技术】
[0002]ZnO作为Π-VI族具有纤锌矿结构的直接宽带隙(3.37eV,300K)化合物半导体材料,因其优异的理化性能,如极高的弹性模量、极低的热膨胀系数、高的热稳定性、大的激子束缚能及负的电子亲合能等,在传感器、UV发射、光电转换、超疏水界面、光催化和发光二极管等诸多领域具有潜在的应用,近年来,受到了世界范围的高度关注。
[0003]迄今为止,ZnO—维纳米结构材料的制备方法主要有:模板辅助生长法、金属有机气相外延法(M0VPE)、脉冲激光沉积法(PLD)、化学气相沉积法(CVD)、电化学气相沉积法和湿化学法等。对于一维ZnO纳米阵列来说,气相反应法是一个主要的制备方法,气相反应制备得到的ZnO纳米阵列具有很高的结晶性能和品质,但是能耗大、需要昂贵的设备、苛刻的工艺条件,不适合大规模生产。湿化学法所需反应温度较低(与气相法相比)、操作简单,设备要求低,制备成本低,适合大规模生产等优点,成为大家研究关注的焦点。由于之前一般都把裸金属、裸玻璃或是硅片等亲水性的物质作为基底,而对于疏水或是超疏水性的表面还很少用来生长ZnO纳米棒。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种氧化锌纳米棒及其团簇复合结构及其制备方法,简单有效、成本低廉。
[0005]本发明采用如下技术方案:一种氧化锌纳米棒及其团簇复合结构,在洁净的铜片表面进行疏水化处理,在处理后的表面预制ZnO晶种层,采用倒扣法在溶液中生长得到氧化锌纳米棒及其团簇复合结构。
[0006]所述的疏水化处理包括在铜片表面涂覆紫外光刻胶、铜片表面粗糙化后再修饰氟硅烷。
[0007 ]所述的氧化锌纳米棒及其团簇复合结构的制备方法,在洁净的铜片表面进行疏水化处理,在处理后的表面预制ZnO晶种层,采用倒扣法在溶液中生长得到氧化锌纳米棒及其团簇复合结构。
[0008]所述的氧化锌纳米棒及其团簇复合结构的制备方法,包括下列步骤:
[0009](1)铜片表面预处理:纯铜片经丙酮、乙醇和去离子水超声清洗、吹干后浸入稀酸中清洗,然后用去离子水清洗冷风吹干后得到洁净的铜片备用;
[0010](2)表面疏水性处理:采用旋涂镀膜法,在洁净的铜片表面涂覆紫外光刻胶,或者采用氟硅烷修饰法,将洁净铜片用氟硅烷乙醇溶液表面疏水性处理;
[0011](3)预制晶种层:利用匀胶机把制备好的ZnO晶种溶液旋涂到疏水处理的铜片上,获得的晶种层厚度为50-500nm;
[0012](4)复合结构生长:将生长液倒入反应容器内,然后将有晶种层的铜片表面面向下,悬浮于生长液中,之后密封好反应容器,水浴生长后洗净晾干获得氧化锌纳米棒及其团簇复合结构。
[0013]步骤(2)中紫外光刻胶厚度为1?20μπι。
[0014]步骤(2)中氟硅烷修饰法时,将光洁或粗糙化处理的铜片放入0.1-1.0wt.%的氟硅烷乙醇溶液中,30-80°C水浴保温30min?2h,取出用热乙醇清洗吹干,然后置于80°C烘箱干燥lh中后取出。
[0015]步骤⑶中所述晶种溶液是把0.03mol/L的NaOH甲醇溶液加入至Ij0.0lmol/L的水合醋酸锌甲醇溶液中,60°C搅拌2h后获得
[0016]步骤(4)中水浴温度是35_90°C,时间是1 _12h。
[0017]步骤(4)中所述生长液是用Κ0Η和Ζη(Ν03)2配制浓度为0.lmol.L—hWOHh2—水溶液,并控制溶液的pH值在10?12之间,充分磁力搅拌,得到的澄清溶液。
[0018]有益效果:
[0019](1)通过疏水化处理,可使铜片表面呈现疏水性,能促进晶种层的不均匀沉积,疏水性越强,不均匀性越大;
[0020](2)疏水性可通过光刻胶厚度和氟硅烷修饰时间来调整,也可通过铜片表面预粗糙化,再修饰氟娃烧,进一步增加疏水性,接触角可在90-170°之间任意调节;
[0021](3)不均匀的晶种层,在进一步进行的溶液法生长氧化锌时,促使表面形成了纳米棒及其团簇复合结构,无疏水化处理,铜片表面两步法处理后,只能获得垂直于基底排列的阵列氧化锌,不具有复合结构;
[0022](4)复合结构生长时,采用倒扣法,可避免溶液中溶质颗粒在样品表面沉积形成颗粒状氧化锌,也可抑制氧化锌的过快生长;
[0023](5)团簇状氧化锌纳米复合结构具有特殊的光学、电学和润湿等特性。
【附图说明】
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[0024]图1为实施例1中铜片表面预制ZnO晶种层的扫描电镜图片。
[0025]图2实施例1中铜片表面复合结构的扫描电镜图片。
[0026]图3为实施例1中铜片表面复合结构的局部放大扫描电镜图片。
[0027]图4为实施例1中铜片表面复合结构的XRD图谱。
[0028]图5为实施例4中无疏水处理铜片表面扫描电镜照片。
[0029]图6为实施例4中无疏水处理铜片表面局部放大扫描电镜照片。
[0030]图7为实施例1中生长纳米团簇后氟硅烷表面改性后水滴的形态。
【具体实施方式】
[0031 ] 一种各向异性超疏水表面的制备技术,包括如下处理步骤:
[0032](1)铜片表面预处理:把纯铜片切成大小为2cmX3cm的小块试样,经丙酮、乙醇和去离子水超声清洗各5min,吹干后浸入体积分数为10%的稀HC1溶液中60s,然后用去离子水清洗冷风吹干后备用;
[0033](2)表面疏水性处理:采用旋涂镀膜法,在清洗好的铜片表面旋涂一层紫外光刻胶,厚度为1?20μηι,或者,采用氟娃烧修饰法,将铜片放入0.1-1.0wt.%的氟娃烧乙醇溶液中,30-80°C水浴保温30min?2h,取出用热乙醇清洗吹干,然后置于80°C烘箱干燥lh中后取出;
[0034](3)预制晶种层:利用匀胶机把制备好的ZnO晶种溶液旋涂到疏水处理的铜片上,获得的晶种层厚度为50-500nm,所述晶种溶液是把0.03mol/L的NaOH-甲醇溶液加入到0.0lmol/L的水合醋酸锌的甲醇溶液中,60°C搅拌2h后获得的;
[0035](4)复合结构生长:将生长液倒入反应容器内,然后将有晶种层的铜片表面面向下,悬浮于生长液中,之后密封好反应容器,将其置于电热恒温水槽中,在35-90°C水浴条件下,生长l-12h,取出后,依次用去离子水漂洗,无水乙醇冲洗,室温晾干,即可获得氧化锌纳米棒及其团簇复合结构,所述生长液是用Κ0Η和Ζη(Ν03)2配制浓度为0.lmol.L^ZnCOH)^水溶液,并控制溶液的pH值在10?12之间,充分磁力搅拌,得到的澄清溶液。
[0036]实施例1
[0037]铜片表面预处理:把纯铜片切成大小为2cmX3cm的小块试样,经丙酮、乙醇和去离子水超声清洗各5min,吹干后浸入体积分数为10%的稀HC1溶液中60s,然后用去离子水清洗冷风吹干后备用;
[0038]表面疏水性处理:采用旋涂镀膜法,在清洗好的铜片表面旋涂一层紫外光刻胶,厚度为lym;
[0039]预制晶种层:利用匀胶机把制备好的ZnO晶种溶液旋涂到疏水处理的铜片上,获得的晶种层厚度为50nm,所述晶种溶液是把0.03mol/L的NaOH甲醇溶液加入到0.0lmol/L的水合醋酸锌的甲醇溶液中,60°C搅拌2h后获得,此时表面的SEM形貌如图1所示。
[0040]复合结构生长:将生长液倒入反应容器内,然后将有晶种层的铜片表面面向下,悬浮于生长液中,之后密封好反应容器,将其置于电热恒温水槽中,在35°C水浴条件下,生长6h,取出后,依次用去离子水漂洗,无水乙醇冲洗,室温晾干,即可获得纳米棒及其团簇复合结构,如图2和图3所示,图4给出的XRD图谱说明,生长出的复合结构是氧化锌及其团簇,所述生长液是用Κ0Η和Ζη(Ν03)2配制浓度为0.lmol.L—tr^OHh2—水溶液,并控制溶液的pH值在10?12之间,充分磁力搅拌,得到的澄清溶液。
[0041 ] 实施例2
[0042]铜片表面预处理:把纯铜片切成大小为2cmX3cm的小块试样,经丙酮、乙醇和去离子水超声清洗各5min,吹干后浸入体积分数为10%的稀HC1溶液中60s,然后用去离子水清洗冷风吹干后备用;
[0043]表面疏水性处理:采用旋涂镀膜法,在清洗好的铜片表面旋涂一层紫外光刻胶,厚度为ΙΟμ??;
[0044]预制晶种层:利用匀胶机把制备好的ZnO晶种溶液旋涂到疏水处理的铜片上,获得的晶种层厚度为120nm,所述晶种溶液是把0.03mo VL的NaOH甲醇溶液加入到0.0lmo VL的水合醋酸锌的甲醇溶液中,60°C搅拌2h后获得;
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