专利名称：一种可控制备纳米或微米器件的方法
技术领域：
本发明涉及纳米技术领域，尤其涉及一种可控制备包含单根或数根ZnO纳米传感 器件的方法。
背景技术：
纳米材料，尤其是一维纳米材料，由于其具有较大的比表面，以及容易形成易操控 的电流通道，从而成为制造高灵敏度的纳米传感器的理想选择。全世界的科学家们在这方 面已经取得了大量令人鼓舞实验结果，例如利用纳米线、纳米管、纳米带等制成了高灵敏的 生物、气体、化学、紫外等等传感器。传感器研究中，传感器的高灵敏度是科学家们首先追求 的。以气体传感器为例，人们试图通过生长出具有新颖形貌的材料，或使特定的功能材料形 成网络结构，或者利用聚合物、纳米粒子对材料表面进行修饰，以期提高传感灵敏度。我们 熟知的一维纳米材料传感机理是利用纳米材料与被探测物接触后，纳米材料的表面导带内 载流子数量或电荷态发生变化，从而引起其导电性发生变化，反映为回路电流的变化。纳米材料的研究已经从新型纳米形貌以及新型复合纳米材料的制备转向了纳米 材料的应用研究。纳米材料的应用研究热点之一是一维纳米材料。在一维纳米器件研究 中，大部分需要将纳米材料两端与电极相连接。这类器件的制备将面临两个难题其一是如 何从众多纳米材料中分离出单根纳米材料；其二是如何给分离出的纳米材料两端连接上电 极。目前的这类研究大多采用高精度的光刻、微加工、微探针等手段操纵单根纳米材料。众 所周知，这些研究手段需要高昂、复杂的设备，不是普通课题组所能实现的。介电电泳法(Dielectrophoretic)是利用在电极上加载高频电场，从而在电极附 近形成很强的非均勻极化场，通过调整电场的频率和强度来产生所需要的电泳作用力，这 样就可以操控细胞、细菌、DNA等生物分子和集团，以及一些纳米粒子的定向移动、收集、计 数等。有研究者利用介电电泳方法也实现了一维ZnO纳米/微米材料的器件组装。我们对于利用介电电泳方法组装ZnO纳米/微米结构进行了研究。我们利用显微 镜，将水热法生长的纳米结构(长约20-30微米)成功组装在自制的电极(间隙约5-15微 米)之间。不仅实现了单根ZnO纳米/微米结构的组装，更实现了纳米结构数量的可控组 装，即可以人为控制地组装一根、两根、三根、四根.......纳米器件。
发明内容
技术问题在现有的单根ZnO纳米/微米材料的器件制备过程中，有两大主要难 题一是如何分离出单根ZnO，二是如何在单根ZnO两端制备电极。本发明提供一种基于单 根或数根ZnO纳米/微米元器件的制备方法。技术方案本发明为单根ZnO纳米元器件，其特征在于，包括ZnO纳米/微米结构 和电极。其中，所述ZnO纳米/微米结构为感应器件；所述电极为金属电极，用于连接外电路。本发明中，采用的水热法所生长的ZnO纳米/微米结构长度超过30 u m。室温下，
3在容器中配置0. 5mol/L的ZnCl2溶液，逐渐滴加NH3 -H20至pH = 10. 1-10. 8，放入清洗干净 的玻璃衬底，密封容器后置于80-120°C的恒温干燥箱生长3-5个小时，得到长度20-35 u m 的ZnO纳米/微米结构；本发明中，所用电极为在玻璃基底上用磁控溅射法或热蒸镀方法制备一层金属 膜，然后用极其锋利的刀具刻划出为5-15 ym的狭缝而形成的。本发明中，单根Zn0纳米/微米结构的搭建用的是介电电泳法，具体步骤如下
a.将生长有ZnO纳米/微米结构的玻璃基底置于少量酒精溶液中超声15分钟，让 ZnO纳米/微米结构完全打散于酒精溶液中；b.取出玻璃基底，重新加入酒精，配制成ZnO浓度适中的酒精溶液，之后再超声15 分钟，让ZnO纳米/微米结构均勻地分散在酒精溶液中；c.将刻划好的电极置于制备好的溶液中，给电极两端加上4-6V、5_6MHZ的高频电 场，反应1-10分钟；d.将电极取出，反复用去离子水清洗多遍后，在烘箱中烘干、保存。有益效果该方法不仅实现了单根ZnO纳米/微米结构的组装，更实现了纳米结构 数量的可控组装，即可以人为控制地组装一根、两根、三根、四根.......纳米器件。
具体实施例方式本发明中，可控自组装只有一根ZnO纳米/微米结构的器件方法是如下。在显微 镜视野中，当两电极间搭接一根ZnO纳米/微米结构时切断电源。当需要搭接两根纳米/ 微米结构时，只需要在看到电极间搭接两根纳米/微米结构时切断电源即可。制备包含三 根、四根纳米结构的器件方法依此类推。本发明中，电极的形状可以自由设计，包括单缝电极、梳状电极、锯齿状电极。在镀 好的金属膜上，先规画好形状，之后再用刀具刻划。实施例一1.在容器中配置0. 5mol/L的ZnCl2溶液，逐渐滴加NH3 -H20至pH = 10. 3，放入清 洗干净的玻璃底片，密封容器后置于90°C的恒温干燥箱生长4个小时，得到长度超过30 y m 的ZnO纳米/微米棒。2.在玻璃基底上用磁控溅射法一层金属铝膜，然后用极其锋利的刀具刻划出为 8ym的狭缝而形成电极。3.单根ZnO纳米/微米结构的搭建用的是介电电泳法，具体步骤如下a.将生长有ZnO纳米/微米棒的玻璃基底置于少量酒精溶液中超声15分钟，让 ZnO纳米/微米棒完全打散于酒精溶液中；b.取出玻璃基底，重新加入酒精，配制成ZnO浓度适中的溶液，之后再超声15分 钟，让ZnO纳米/微米棒均勻地分散在酒精溶液中；c.将适量制备好的溶液滴加在刻划好的电极上，给电极两端加上5V、6MHZ的高频 电场。在显微镜视野中，当两电极间搭接一根ZnO纳米/微米棒时切断电源。d.将电极取出，反复用去离子水清洗多遍后，在烘箱中烘干、保存。实施例二 1.在容器中配置0. 5mol/L的ZnCl2溶液，逐渐滴加NH3 -H20至pH = 10. 5，放入清洗干净的玻璃底片，密封容器后置于80°C的恒温干燥箱生长3个小时，得到长度超过25 y m 的洁净ZnO纳米/微米棒。2.在玻璃基底上用磁控溅射法一层金属铝膜，然后用极其锋利的刀具刻划出为 10 iim的狭缝而形成电极。3.单根ZnO纳米/微米结构的搭建用的是介电电泳法，具体步骤如下a.将生长有ZnO纳米/微米棒的玻璃基底置于少量酒精溶液中超声15分钟，让 ZnO纳米/微米棒完全打散于酒精溶液中；b.取出玻璃基底，重新加入酒精，配制成ZnO浓度适中的溶液，之后再超声15分 钟，让ZnO纳米/微米结构均勻地分散在酒精溶液中；c.将适量制备好的溶液滴加在刻划好的电极上，给电极两端加上4V、5MHZ的高频 电场。在显微镜视野中，当两电极间搭接三根ZnO纳米/微米结构时切断电源。d.将电极取出，反复用去离子水清洗多遍后，在烘箱中烘干、保存。
权利要求
一种可控制备纳米或微米器件的方法，其特征在于，该方法制备的器件包含单根或数根ZnO纳米或微米结构，具体步骤如下；a.搭建器件所用的ZnO纳米或微米结构室温下，在容器中配置0.5mol/L的ZnCl2溶液，逐渐滴加NH3·H2O至pH＝10.1-10.8，放入清洗干净的玻璃衬底，密封容器后置于80-120℃的恒温干燥箱生长3-5个小时，得到长度20-35μm的ZnO纳米/微米结构；b.电极在玻璃衬底上用磁控溅射法或热蒸镀方法制备一层金属膜，然后用锋利的刀具刻划出为5-15μm的狭缝而形成；c.单根ZnO纳米或微米器件的搭建1)将生长有ZnO纳米或微米结构的衬底置于酒精溶液中超声10-20分钟，取出衬底，重新加入酒精，配制成ZnO浓度适中的溶液，之后再超声10-20分钟；2)将刻划好的电极放置在放大倍率为100-200倍透射模式的显微镜下，将配制好的溶液滴加在电极上，给电极两端加上4-6V、5-6MHZ的高频电场，反应1-10分钟；将电极取出，用去离子水清洗后，在烘箱中烘干、保存。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于该方法制备用于气体传感、生物传感、紫外传 感的纳米或微米器件。
全文摘要
本发明公布了一种可控制备单根(数根)氧化锌(ZnO)纳米或微米器件的方法。利用水热法生长出了直径约100-300nm、长度20-30μm的ZnO纳米/微米棒。在显微镜下用介电电泳法可控地将单根ZnO棒组装在电极之间。本发明很好地解决了ZnO纳米/微米材料器件化中单根纳米材料的分离及可控搭建纳米器件这两个难题。该纳米/微米器件可应用于气体传感、紫外传感、生物传感(如智能药物胶囊)以及其它纳米/微米光电器件等。
文档编号B82B3/00GK101863448SQ20101019515
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月8日 优先权日2010年6月8日
发明者潘柳华, 魏昂, 黄维 申请人:南京邮电大学