过渡金属盐掺杂制备磁性氧化锌纳米棒阵列薄膜的方法

专利名称：过渡金属盐掺杂制备磁性氧化锌纳米棒阵列薄膜的方法
技术领域：
本发明是关于用过渡金属盐掺杂制备磁性氧化锌纳米棒阵列薄膜的方法，尤其是采用溶胶-凝胶掺杂过渡金属盐方法在基底材料上制备磁性氧化锌纳米棒阵列薄膜。这种制备方法属于纳米技术领域和生物检测领域。
背景技术：
在纳米技术领域中，材料研究的目的是合成具有特殊性质的纳米尺寸材料，以及揭示他们在纳米电子器件、生物技术、催化作用等领域的应用。尤其是近年来纳米生物技术在医学中的应用包括疾病早期诊治、纳米生物相容性材料、药物和基因输送系统、纳米生物传感器、成像技术诊断辅助设备、减少损伤的智能医学设备等重要领域。而在一维纳米结构中，ZnO是一种非常重要的直接能隙宽带隙半导体材料，其室温带隙为3.4eV，具有很好的化学和热稳定性，并且具有较大的激发结合能(60meV)。其应用非常广泛，近年来成为研究的热点。
目前，制备ZnO纳米线(棒)多采用气-液-固生长机理的方法(VLS)或化学气相沉积法(CVD)等进行。然而这些方法中多以昂贵的蓝宝石、单晶硅为固体基地，需要复杂贵重的仪器设备和较高的温度。对于VLS法，所需温度≥800℃；对于CVD法，所需温度≥500℃。制备条件相当苛刻，不利于大批量工业生产。而在水浴中温度小于100℃以下即可，反应条件温和，成本低廉，具有可控制性和规模化等优点而被人们所关注。在国内湖北大学王浩申请的专利为《制备磁性金属离子掺杂的单晶ZnO基稀磁半导体纳米棒的方法》(专利号CN 1831211A)，天津大学靳正国等人申请的专利为《制备氧化锌一维纳米棒晶薄膜的方法》(专利号CN 1749443A)，与本发明相关的掺杂磁性氧化锌纳米棒阵列薄膜的制备未见国内专利申请和授权。更重要的是，采用这种方法制备的磁性氧化锌纳米棒阵列薄膜，可以使纳米材料与化学分子或生物分子牢固连接，使其具有更广泛的实用意义，可以用于生物信息检测分析中。

发明内容
本发明的目的是为了使ZnO纳米棒阵列薄膜具有磁性，首次提出了掺杂过渡金属盐制备磁性氧化锌纳米棒阵列薄膜的方法。
本发明的掺杂磁性氧化锌纳米棒阵列薄膜的制备，依次包括如下步骤(1)将普通玻璃片放入丙酮超声洗涤15min，在100℃左右保温处理10～80min；(2)将水合锌盐、有机胺与一种或两种过渡金属盐按浓度比1∶0.01～15溶解在去离子水中并搅拌均匀，得到稳定透明溶液；(3)将经过清洗的基底材料放入到溶液中，再将溶液在水浴中加热至45～98℃，保温；(4)保温1-48h左右后，将基底材料取出并用去离子水清洗3-6次，最后自然凉干，在基底材料表面得到掺杂磁性氧化锌纳米棒阵列薄膜。
本发明的有益效果是，可以通过控制反应温度在一定范围内制得氧化锌纳米棒阵列薄膜，而不同的反应物质配比，可控制氧化锌纳米棒中掺杂离子的浓度。这种方法反应条件非常温和，成本低廉，可以实现规模生产应用，具有更广泛的实用意义。


图1掺钴盐的磁性纳米棒阵列薄膜SEM照片；图2掺镍盐磁性纳米棒阵列薄膜SEM照片。
具体实施例方式
下面结合实施例及对比实施例对本发明作详细阐述，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之内。
实施例1首先将铜片放入丙酮超声洗涤30min，在120℃保温处理30min；再将0.015M的Zn(CH3COO)2·2H2O和六次甲基四胺及0.001M的Co(CH3COO)2·4H2O溶解在去离子水中并搅拌均匀，得到稳定透明溶液；将经过处理的锌片放入到溶液中，并加热到50℃保温6h，将铜片取出并用去离子水清洗，最后在空气中凉干，即得到磁性ZnO纳米棒阵列薄膜。
实施例2首先将普通玻璃片放入丙酮和乙醇超声洗涤15min，在120℃保温处理30min；再将0.08M的Zn(CH3COO)2·2H2O和六次甲基四胺及0.006M的Co(CH3COO)2·4H2O溶解在去离子水中并搅拌均匀，得到稳定透明溶液；将经过处理的玻璃片放入到溶液中，并加热到95℃保温24h，将锌片取出并用去离子水清洗，最后在空气中晾干，即得到磁性ZnO纳米棒阵列薄膜。
权利要求
1.一种在恒温水浴的条件下采取加入过渡金属盐制备磁性ZnO纳米棒阵列薄膜的方法，其步骤依次如下(1)基底用乙醇在室温下超声洗涤，在100℃左右干燥10～80min，取出备用；(2)将水合锌盐和有机胺溶解在去离子水中并搅拌均匀；(3)将经过处理的基底放入到溶液中，并加热到一定温度保温；(4)一段时间后，将基底材料取出并用去离子水清洗，最后在空气中晾干，即得到磁性ZnO纳米棒阵列。
2.根据权利要求1所述的制备磁性ZnO纳米棒阵列薄膜的方法，其特征在于，步骤(1)所述的基底材料为普通玻璃片、导电玻璃、硅片、石英玻璃、铝片、铜片、锌片、镀锌铁片。
3.锌盐包括硝酸锌、乙酸锌、硫酸锌、氯化锌、柠檬酸锌；有机胺包括六次甲基四胺、三乙醇胺、二乙醇胺、一乙醇胺、柠檬酸三胺、尿素。
4.根据权利要求1所述的制备磁性ZnO纳米棒阵列薄膜的方法，其特征在于，步骤(2)所述的锌盐、有机胺与过渡金属盐的摩尔比例为1∶0.01～15。
5.根据权利要求1所述的制备磁性ZnO纳米棒阵列薄膜的方法，其特征在于，步骤(3)水浴恒温为40～98℃。
6.根据权利要求1所述的制备磁性ZnO纳米棒阵列薄膜的方法，其特征在于，步骤(4)保温时间为1～72h。
7.根据权利要求1～5所述制备的掺杂磁性氧化锌纳米棒阵列薄膜的制备，其特征在于该纳米棒阵列薄膜可广泛应用于生物信息检测领域。
全文摘要
本发明公开了一种在恒温水浴的条件下采取加入过渡金属盐制备磁性ZnO纳米棒阵列薄膜的方法，其步骤依次如下(1)基底用丙酮和乙醇室温超声洗涤，在100℃左右干燥10～80min，取出备用；(2)将水合锌盐、过渡金属盐和有机胺溶解在去离子水中并搅拌均匀；(3)将经过处理的基底放入到溶液中，并加热到一定温度保温；(4)一段时间后，将基底材料取出并用去离子水清洗，最后在干燥箱中烘干，即得到磁性ZnO纳米棒阵列。本发明在一定浓度下，既能有效控制六方相ZnO纳米棒的生长而形成纳米棒阵列，又能使ZnO纳米棒具有磁性，使ZnO纳米棒更具有实用意义。本发明在生物信息检测领域具有广泛的应用价值。
文档编号C04B35/624GK101045991SQ200710049010
公开日2007年10月3日 申请日期2007年4月30日 优先权日2007年4月30日
发明者黄忠兵, 杨梅, 尹光福, 廖晓明, 姚亚东, 康云清 申请人:四川大学