专利名称：氧化锌超细杆阵列的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种氧化锌超细杆阵列的制备方法，特别是将锌离子分散在水溶性高分子材料聚乙烯醇溶液中并制备为薄膜，然后通过冷冻—融化的方法使薄膜中的聚乙烯醇相互间发生交联，然后将聚乙烯醇薄膜在碱性溶液中反应超过10分钟，即可获得表面含有氧化锌超细杆阵列的聚乙烯醇薄膜。由于氧化锌超细杆可以作为传感介质而聚乙烯醇也能够转化为碳材料，因此该方法制备的氧化锌超细杆阵列可以应用于传感领域。
背景技术：
超细有序阵列是将纳米及微米尺度物质单元(超细颗粒、超细团簇、超细杆或者超细线、超细管等)进行排列、组装所形成的新的结构体系。超细有序阵列既有包括纳米基元的特性，如量子尺寸效应、表面和界面效应以及宏观量子隧道效应等，又存在由超细结构组合所引起的新的效应，如量子耦合效应、协同效应等，使其在能量存储或转换、传感、下一代集成超细光子器件、生物分子的标记和识别等领域有着重要的意义。其中开发周期性超细线或者杆材料阵列的应用研究引起人们极大兴趣。由于超细线或者杆材料具有平行线轴的一维性质，故会显示出一些特殊性能，如磁性材料的巨磁阻抗效应、导电材料的电导各向异性等。这些超细线或者杆阵列的用途是作为电子器件、传感、场发射器件等。
ZnO是一种II-VI族化合物半导体，属六方纤锌矿结构，其禁带宽度为3.37eV，激子束缚能为60meV，ZnO在光电、压电、铁电、铁磁等诸多领域都具有优异的性能，ZnO一维超细结构还在激光、场发射、光波导、非线性光学、光电子器件等领域有新的潜在的应用前景。
目前氧化锌超细杆的制备方法主要有三种一种是在碱性环境下将锌离子直接在某种材料或者基片表面沉积；还有一种采用气相沉积法；而另外一种则采用阳极氧化铝作模板进行沉积。然而由于直接沉积技术往往由于作用面积小而使得前面两种方法制备的超细杆与基片的结合不牢，限制了其应用。而阳极氧化铝作为模板由于其工艺复杂、成本较高而限制了其应用。
为此，本发明首次提出以聚乙烯醇凝胶为锌源载体，利用聚乙烯醇凝胶在乙醇中的低溶解性能及锌离子在其中的扩散性能，在乙醇中制备草酸锌超细杆阵列。然后通过高温分解草酸锌及炭化聚乙烯醇而获得表面覆盖有氧化锌超细杆的碳膜。该薄膜可以应用于场发射显示及气体传感领域。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种氧化锌超细杆阵列的制备方法，该方法能够方便、廉价、大范围制备均匀的氧化锌超细杆阵列，因此可望为其在包括场发射、传感等领域的应用做出贡献。
技术方案本发明的氧化锌超细杆阵列的制备方法通过如下步骤进行制备A、首先制备质量百分浓度介于1wt％-10wt％的聚乙烯醇溶液；B、其次在上述聚乙烯醇溶液中加入锌源材料使得锌离子的质量百分浓度介于1wt％-10wt％；C、然后将上述溶液制备为薄膜；D、然后将上述干燥的薄膜置于质量百分浓度为5％-30％的草酸乙醇溶液中反应30分钟-72小时；E、将上述在乙醇中反应过的薄膜清洗、干燥即可获得以聚乙烯醇为基底的草酸锌的超细杆阵列薄膜；F、将上述表面覆盖有草酸锌超细杆阵列的聚乙烯醇薄膜高温处理使得草酸锌分解为氧化锌，而聚乙烯醇薄膜炭化为碳薄膜；氧化锌超细杆的直径尺寸介于10纳米-10微米之间；氧化锌超细杆的长度直径之比大于1；所述的聚乙烯醇为水溶性聚乙烯醇。
所述的制备锌源材料包括可溶性锌盐。
所述的步骤C中薄膜制备方法包括拉膜法、匀胶法、挤出法；有益效果氧化锌超细线或者杆由于其在激光、场发射、光波导、非线性光学、光电子器件等领域有广泛应用价值而受到人们的高度重视。但是目前关于氧化锌超细杆阵列材料的制备方法却或者工艺复杂、或者结合强度太弱而难以大规模应用。为此，本发明首次提出以聚乙烯醇凝胶为锌源载体，利用聚乙烯醇凝胶在乙醇中的低溶解性能及锌离子在其中的扩散性能，在乙醇中制备草酸锌超细杆阵列。然后通过高温分解草酸锌及炭化聚乙烯醇而获得表面覆盖有氧化锌超细杆的碳膜。
该方法方便、廉价、能够大范围制备均匀的氧化锌超细杆阵列。该法制备的氧化锌超细杆可以用于气体传感及场发射显示领域。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1配制质量百分浓度为10％的聚乙烯醇水溶液并往其中加入氯化锌使得最终锌离子的质量百分浓度为1％。将上述溶液通过转速1000转/分钟的匀胶法制备厚度为100微米的聚乙烯醇薄膜。薄膜制备方法包括拉膜法、匀胶法、挤出法。然后将薄膜置于质量百分浓度为20％的草酸乙醇溶液中室温反应24小时后，取出，用无水乙醇清洗后干燥即可获得由数微米的草酸锌超细杆覆盖的聚乙烯醇薄膜。该薄膜在氮气保护下在1200摄氏度处理5小时后得到表面由氧化锌超细杆阵列覆盖的聚乙烯醇炭化薄膜。该薄膜可以用于场发射装置。
实施例2配制质量百分浓度为8％的聚乙烯醇水溶液并往其中加入硝酸锌使得最终锌离子的质量百分浓度为0.5％。然后在上述溶液中加入平均直径为10纳米的氧化铁粉末使其质量百分终浓度为2％。通过将干净的玻璃片浸泡入上述溶液然后以10微米/秒的速度提拉的方法而获得含锌离子的聚乙烯醇包覆氧化铁颗粒的薄膜。薄膜制备方法包括拉膜法、匀胶法、挤出法。然后将薄膜置于质量百分浓度为30％的草酸乙醇溶液中室温反应48小时后，取出，用无水乙醇清洗后干燥即可获得由数微米的草酸锌超细杆覆盖的聚乙烯醇包覆氧化铁颗粒的薄膜。将该薄膜在氮气保护下在1200摄氏度处理5小时后获得表面由氧化锌超细杆阵列覆盖的聚乙烯醇炭化包覆氧化铁颗粒的薄膜。该薄膜可以用于气体传感。
实施例3
配制质量百分浓度为10％的聚乙烯醇水溶液并往其中加入硝酸锌使得最终锌离子的质量百分浓度为1％。将上述溶液通过一长度为1米宽度为0.2毫米的狭缝挤出并涂布在由传送带以1厘米/秒运动的铁皮表面。待干燥后可以获得含锌离子的聚乙烯醇薄膜。薄膜制备方法包括拉膜法、匀胶法、挤出法。然后将薄膜置于质量百分浓度为25％的草酸乙醇溶液中室温反应72小时后，取出，用无水乙醇清洗后干燥即可获得由数微米的草酸锌超细杆覆盖的聚乙烯醇薄膜。该薄膜在氮气保护下在1200摄氏度处理5小时后得到表面覆盖有氧化锌超细杆的聚乙烯醇炭化薄膜。该薄膜可以应用于气体传感。
权利要求
1.一种氧化锌超细杆阵列的制备方法，其特征在于通过如下步骤进行制备A、首先制备质量百分浓度介于1wt％-10wt％的聚乙烯醇溶液；B、其次在上述聚乙烯醇溶液中加入锌源材料使得锌离子的质量百分浓度介于1wt％-10wt％；C、然后将上述溶液制备为薄膜；D、将上述干燥的薄膜置于质量百分浓度为5％-30％的草酸乙醇溶液中反应30分钟-72小时；E、将上述在乙醇中反应过的薄膜清洗、干燥即可获得以聚乙烯醇为基底的草酸锌的超细杆阵列薄膜；F、将上述表面覆盖有草酸锌超细杆阵列的聚乙烯醇薄膜高温处理使得草酸锌分解为氧化锌，而聚乙烯醇薄膜炭化为碳薄膜。
2.如权利要求1所述的氧化锌超细杆阵列的制备方法，其特征在于所述的聚乙烯醇为水溶性聚乙烯醇。
3.如权利要求1所述的氧化锌超细杆阵列的制备方法，其特征在于所述的锌源材料包括可溶性锌盐。
4.如权利要求1所述的氧化锌超细杆阵列的制备方法，其特征在于权利要求1中步骤C所述的薄膜制备方法包括拉膜法、匀胶法、挤出法。
全文摘要
氧化锌超细杆阵列的制备方法通过如下步骤进行制备首先制备质量百分浓度介于1wt％－10wt％的聚乙烯醇溶液；其次在上述聚乙烯醇溶液中加入锌源材料使得锌离子的质量百分浓度介于1wt％－10wt％；然后将上述溶液制备为薄膜；将上述干燥的薄膜置于质量百分浓度为5％－30％的草酸乙醇溶液中反应30分钟－72小时；将上述在乙醇中反应过的薄膜清洗、干燥即可获得以聚乙烯醇为基底的草酸锌的超细杆阵列薄膜；将上述表面覆盖有草酸锌超细杆阵列的聚乙烯醇薄膜高温处理使得草酸锌分解为氧化锌，而聚乙烯醇薄膜炭化为碳薄膜。该方法方便、廉价、能够大范围制备均匀的氧化锌超细杆阵列。该法制备的氧化锌超细杆可以用于气体传感及场发射显示领域。
文档编号H01L21/02GK101078112SQ200710024489
公开日2007年11月28日 申请日期2007年6月19日 优先权日2007年6月19日
发明者张继中 申请人:东南大学