柔性纳米碳/氧化锌单色紫外荧光薄膜、及其制法及运用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纳米碳材料-无机半导体纳米结构复合薄膜材料，特别涉及到一种柔性纳米碳/氧化锌单色紫外荧光薄膜、其制法及应用，属于纳米微米复合材料领域。
【背景技术】
[0002]氧化锌(ZnO)作为一种室温下宽禁带(3.37eV)，激子结合能高达60 meV的半导体材料，由于其优越的室温下紫外光致发光性能成为继氮化镓之后又一明星材料，在光电、压电、激光、光催化领域逐渐显示了其强大的多功能特性。目前，纳米ZnO的制备方法主要包括溶胶-凝胶(sol-gel)、水热与溶剂热法、热蒸发法、激光烧蚀蒸发法、化学气相沉积法(CVD)、原子层沉积法(ALD)、分子束外延法、以及模板法等多种制备方法。这些方法制备的各类ZnO纳米体系中，由于存在难以避免的各类缺陷，使得其各类与电子行为相关的物理性能的进一步提高受到较大的挑战，也成为学者研究的热点。
[0003]近年来，逐渐有研究者利用溅射镀膜、ALD、CVD等方法制备出碳纳米管阵列/ZnO异质结结构，呈现出良好的场发射特性，例如张弛等人在定向生长的碳纳米管阵列作为模板，生长氧化锌形成一维阵列(CN 102324349B)，另有白丹等人在无支撑的无序的碳纳米管上沉积的氧化锌纳米颗粒(CN101560640A)。也有学者利用sol-gel法[Nanotechnology,2010，21，495705 (8pp)]、水热法[ACS Appl.Mater.1nterfaces 2011, 3，590-596]制备出碳纳米管/ZnO或碳纳米管纤维/ZnO复合材料，表现出较为优越的液相光催化特性。但对于碳纳米管-氧化锌纳米颗粒复合薄膜等领域却鲜有涉及。
【发明内容】
[0004]本发明的目的之一在于提供一种柔性纳米碳/氧化锌单色紫外荧光薄膜，其具有单色紫外的光致发光性能，在激光材料等领域具有广泛应用前景。
[0005]本发明的目的之二在于提供一种柔性纳米碳/氧化锌单色紫外荧光薄膜的制备方法，该方法简单易行，成本低廉。
[0006]本发明的目的之三在于提供所述柔性纳米碳/氧化锌单色紫外荧光薄膜在激光、元件、设备中的应用。
[0007]为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案如下:
一种柔性碳纳米氧化锌单色紫外荧光薄膜，包括碳纳米材料薄膜及沉积于所述碳纳米材料薄膜上的ZnO纳米颗粒，
其中，所述碳纳米材料薄膜主要由沿设定方向平行排布且相互间隔设置的具有曲率sp2表面态复数碳纳米管或具有平面sp2表面态的氧化石墨烯组成。
[0008]在一较为优选的实施例中，所述碳纳米材料薄膜优选采用由可纺丝碳纳米管阵列形成的碳纳米管薄膜。
[0009]进一步的，所述ZnO纳米颗粒沉积在所述碳纳米管外壁上，且所述ZnO纳米颗粒的生长取向与所述碳纳米管的轴向平行。
[0010]优选的，所述ZnO纳米颗粒的粒径为20-60 nm。
[0011]—种柔性纳米碳/氧化锌单色紫外荧光薄膜的制法，包括:
提供自支撑碳纳米材料薄膜，所述碳纳米材料薄膜主要由具有平面SP2表面态的氧化石墨烯或沿设定方向平行排布且相互间隔设置的复数碳纳米管组成；
以及，在所述碳纳米材料薄膜正下方设置锌源，并加热使所述锌源蒸发、分解，从而在所述碳纳米材料薄膜上沉积ZnO纳米颗粒。
[0012]在一较为优选的实施例中，所述碳纳米材料薄膜采用由可纺丝碳纳米管阵列形成的碳纳米管薄膜，但不限于此。
[0013]在一较为具体的实施案例中，该方法可以包括如下步骤:
(1)提供碳纳米材料薄膜；
(2)在一容器中加入锌源，并将所述碳纳米材料薄膜水平设置于锌源正上方，且使所述碳纳米材料薄膜呈现无衬底的自支撑状态；
(3)在所述容器上加盖一盖体，使所述碳纳米材料薄膜被设置于由所述容器和盖体围合形成的反应腔室内，且所述容器和盖体之间留有可供外界气体进入反应腔室的缝隙；
(4)加热使所述锌源蒸发、分解，从而在所述碳纳米材料薄膜上沉积ZnO纳米颗粒。
[0014]进一步的，所述锌源可选自但不限于乙酰丙酮锌。
[0015]在一较为优选的实施方案之中，该制法可以包括:在空气氛围中直接加热使所述锌源蒸发、分解，从而在所述碳纳米材料薄膜上沉积ZnO纳米颗粒。
[0016]在一较为优选的实施例中，前述步骤(4)包括:从室温开始，以7-10°C /min的升温速度对锌源加热，直至温度上升到170-200°C，并保温5-30min后，停止加热，自然冷却。
[0017]前述任一种柔性纳米碳/氧化锌单色紫外荧光薄膜在制备激光设备中的应用。
[0018]一种激光设备，包括靶材，所述靶材包含前述任一种柔性纳米碳/氧化锌单色紫外荧光薄膜。
[0019]与现有技术相比，本发明的积极效果包括:
(1)本发明的柔性纳米碳/氧化锌单色紫外荧光薄膜具有一般氧化锌纳米颗粒不具备的单色紫外激发光特性，可应用于激光设备等领域，且本发明的薄膜材料可以被很容易的转移到其他衬底上，并还可根据实际应用的需要而进行物理、化学等改性处理，同时为该薄膜材料的器件化带来方便。
[0020](2)本发明柔性纳米碳/氧化锌单色紫外荧光薄膜的制备方法优选利用较低分解温度的乙酰丙酮锌作为锌源，工艺简单，可直接在大气环境下进行，且在实现均匀沉积的前提下，实际前驱体用量少，最小低于17 mg/cm2，成本低廉。
[0021](3)本发明柔性纳米碳/氧化锌单色紫外荧光薄膜所采用的主要材料，例如碳管薄膜可以从可纺丝碳纳米管阵列中连续抽出，因而能满足批量化生产的需求。
【附图说明】
[0022]图1是本发明一较为典型的实施方案中一种柔性碳纳米管/氧化锌单色紫外荧光薄膜的制备工艺流程图。
[0023]图2a是本发明实施例1中锌源用量为0.1 g、0.2 g、0.35 g时成品柔性碳纳米管/氧化锌单色紫外荧光薄膜(以下简称成品)的实物照片。
[0024]图2b是本发明实施例1中成品被转移到Si片和PET衬底上的实物照片。
[0025]图3a是本发明实施例1中锌源用量为0.1 g时成品的场发射扫描电镜照片。
[0026]图3b是本发明实施例1中锌源用量为0.2 g时成品的场发射扫描电镜照片。
[0027]图3c是本发明实施例1中锌源用量为0.35 g时成品的场发射扫描电镜照片。
[0028]图3d是本发明实施例1中锌源用量为0.35 g时成品的场发射扫描电镜照片。
[0029]图4a是本发明对照例1中作为对比试验将四层碳纳米管叠加的形式来进行沉积的成品场发射扫描电镜照片。
[0030]图4b是本发明对照例2中作为对比试验将碳纳米管贴敷在Si片上阻碍透气形式来进行沉积的成品场发射扫描电镜照片。
[0031]图4c是本发明对照例2中作为对比试验将碳纳米管贴敷在Cu片上阻碍透气形式来进行沉积的成品场发射扫描电镜照片。
[0032]图4d是本发明实施例2中所获氧化锌纳米颗粒与石墨烯薄膜复合结构薄膜的场发射扫描电镜照片。
[0033]图5是本发明实施例2中所获氧化锌纳米颗粒与石墨烯薄膜复合结构薄膜的阴极射线致发光光谱图。
[0034]附图标记说明:1-可纺丝碳纳米管阵列、2-碳纳米管薄膜、3-铜框架、4-瓷舟、5-锌源、6-柔性碳纳米管/氧化锌单色紫外荧光薄膜、7-基底。
【具体实施方式】
[0035]本发明的一个方面提供了一种柔性纳米碳/氧化锌单色紫外荧光薄膜及其制备方法。
[0036]其中，该单色紫外荧光薄膜包括碳纳米材料薄膜及沉积于所述碳纳米材料薄膜上的ZnO纳米颗粒，所述碳纳米材料薄膜主要由具有平面sp2表面态的氧化石墨烯或沿设定方向平行排布且相互间隔设置的复数碳纳米管组成。
[0037]当采用的碳纳米材料薄膜系碳纳米管薄膜时，所述ZnO纳米颗粒系沉积在所述碳纳米管外壁上，且所述ZnO纳米颗粒的生长取向与所述碳纳米管的轴向平行。
[0038]所述ZnO纳米颗粒的粒径优选为20-60 nm。
[0039]在一较为优选的实施例中，所述碳纳米材料薄膜优选采用由可纺丝碳纳米管阵列形成