专利名称：ZnO纳米带阵列的制备方法
技术领域：
本发明属于低维纳米结构半导体材料技术领域，尤其是一种ZnO纳米带阵列的制
备方法。
背景技术：
ZnO是一种重要的宽带隙半导体氧化物，室温下带隙宽度为3. 37eV，激子结合能高达60meV。由于其独特的光学、电子学和化学性质，在传感器、光电转换、光催化和发光二极管等领域具有潜在的应用前景。自从2001年ZnO纳米带的发现(Science，2001, 291:1947-1949)以来，ZnO纳米线、纳米棒、纳米带等准一维纳米结构的制备、物理化学性质及其应用研究异常活跃并取得了很大进展。到目前为止，人们利用热蒸发气相沉积、模板辅助生长、金属有机气相外延法、碳热还原法等成功获得了多种纳米结构形态的氧化锌，包括纳米线、纳米带、纳米管、纳米螺旋、纳米梳、纳米囊以及纳米盘等纳米结构材料。申请号为200710171030. 9的中国专利申请公开了 “一种ZnO纳米带状材料及其制备方法”，该方法采用水热和高温分解方法获得了多孔ZnO纳米带状粉体材料。申请号为201010117282. 5的中国专利申请公开了 “一种制备二氧化锡/氧化锌复合多晶纳米带的方法”，该方法采用静电纺丝技术制备了二氧化锡/氧化锌复合多晶纳米带。申请号为 200610040324. 3的中国专利申请公开了一种“直接在含锌合金材料上生长ZnO —维纳米材料的方法”，该方法以含锌5 80%的铜锌合金材料为基底并提供锌源，在氧气或水蒸气气氛中，通过调控含锌合金材料中锌含量、加热温度以及氧化性气氛中氧的偏压，在管式炉中，通过简单的氧化过程，直接在合金材料上大面积地生长出多种形貌的ZnO—维纳米材料薄膜，包括纳米线、纳米带、纳米棒及纳米梳等薄膜。任山等(中山大学学报自然科学版， 2008, 47(3) :47-50)在金催化作用下，用热氧化法在锌基底上制备了氧化锌纳米带阵列。在已报道的ZnO纳米带的制备方法中，普遍存在着工艺复杂、设备昂贵，制备温度要求高，条件难以控制，重复性不好，有的还需要贵金属做催化剂等缺点，难以进行规模化工业生产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、易生产的ZnO纳米带阵列的制备方法。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是以Sn-Zn合金为阳极，在 H2C2O4溶液进行电化学氧化；氧化后的合金在空气中煅烧，冷却后即得ZnO纳米带阵列。本发明优选的的H2C2O4溶液浓度为0. 001 0. Olmol · L—1 本发明更优选的H2C2O4溶液浓度为0. Olmol · L—1。本发明优选的阳极氧化的槽电压为3 10V，氧化时间为10 30min。本发明更优选的阳极氧化的槽电压为3 5V，氧化时间为lOmin。本发明优选的煅烧温度为400 500°C、煅烧时间为1 2h。
本发明更优选的煅烧温度为500°C、煅烧时间为2h。本发明的设计构思为以Sn-Zn合金为原料，采用电化学阳极氧化法和热处理法实现的。在Sn-Zn合金中，由于Zn的化学活性比Sn高，因此在阳极氧化过程中，Zn优先氧化，即合 金表面上的Zn氧化变成Zn2+进入溶液中，表面残留成分主要为Sn，而Sn在后续的热处理过程中承担了模板和催化剂的角色。阳极氧化后的样品在高温热处理时，残留在合金中的Zn元素在Sn的催化作用下，定向生长、氧化，形成ZnO纳米带阵列。采用上述技术方案所产生的有益效果在于
(1)工艺简单本发明所采用的工艺主要包括两部分，即电化学阳极氧化和热处理，因此具有简单易行的特点。(2)设备廉价电解槽、电炉设备是常用的工业设备，而且在热处理过程中对气氛没有特殊要求，因此可省略昂贵真空、气氛调控等昂贵设备。(3)工艺参数容易控制电解质溶液为H2C2O4溶液，浓度较低，只有0.001 0. Olmol -Γ1 ；阳极氧化时的槽电压也很低，只有3 10V，不仅安全，而且节能；且热处理是在空气条件下进行的，对气氛没有特殊要求。(4)在热处理过程中，合金中的Sn既可以作为ZnO生长的模板，又可以作为ZnO纳米带的催化剂。(5) ZnO纳米带是从基底中生长出来的，因此与基底的结合牢固。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。图1是本发明制备ZnO纳米带阵列方法的流程示意图2是Sn-Zn合金经过阳极氧化后的场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)照片； 图3是Sn-Zn合金经过阳极氧化后的能谱分析(EDS)光谱图； 图4是热处理后的ZnO纳米带阵列的FE-SEM照片； 图5是热处理后的ZnO纳米带阵列的FE-SEM照片； 图6是热处理后的ZnO纳米带阵列的EDS光谱图。
具体实施例方式图1所示，本ZnO纳米带阵列的制备方法采用下述过程以Sn-Zn合金为原料，先采用电化学阳极氧化法进行阳极氧化；阳极氧化过程中Zn优先氧化，少量的Sn随之氧化， 这样合金表面残留成分主要为Sn ；阳极氧化后的合金进行高温热处理，残留在合金中的Zn 元素在Sn的催化作用下，定向生长、氧化，形成ZnO纳米带阵列。实施例1 一种ZnO纳米带阵列的制备方法，其工艺过程是
(IMfSn-Zn合金为阳极，放入0. Olmol化―1的H2C2O4溶液进行电化学氧化，电压为3V， 氧化时间为lOmin。氧化结束后，将样品取出并用去离子水清洗。样品的表面形貌如附图2 所示，能谱分析如附图3所示；
(2)将经过阳极氧化后的样品放入电炉中，在500°C的空气中煅烧2h，冷却后即得ZnO 纳米带阵列。ZnO纳米带的宽度约100 200nm、厚度20nm、长度达数μπι。样品的形貌如附图4、5所示，能谱分析如附图6所示。
实施例2 —种ZnO纳米带阵列制备的方法，其工艺过程是
(1)将Sn-Zn合金为阳极，放入0.005mol · Γ1的H2C2O4溶液进行电化学氧化，电压为 8V，氧化时间为20min ；
(2)将经过阳极氧化后的样品放入电炉中，在500°C的空气中煅烧lh，冷却后即得ZnO 纳米带阵列。实施例3 —种ZnO纳米带阵列的制备方法，其工艺过程是
(1)将Sn-Zn合金为阳极，放入0.OOlmol · L—1的H2C2O4溶液进行电化学氧化，电压为 10V，氧化时间为30min ；
(2)将经过阳极氧化后的样品放入电炉中，在500°C的空气中煅烧1.5h，冷却后即得 ZnO纳米带阵列。实施 例4 一种ZnO纳米带阵列的制备方法，其工艺过程是
(IMfSn-Zn合金为阳极，放入0. Olmol化―1的H2C2O4溶液进行电化学氧化，电压为5V， 氧化时间为IOmin ；
(2)将经过阳极氧化后的样品放入电炉中，在400°C的空气中煅烧2h，冷却后即得ZnO 纳米带阵列。
权利要求
1.一种ZnO纳米带阵列的制备方法，其特征在于以Sn-Zn合金为阳极，在H2C2O4溶液进行电化学氧化；氧化后的合金在空气中煅烧，冷却后即得ZnO纳米带阵列。
2.根据权利要求1所述的ZnO纳米带阵列的制备方法，其特征在于所述的H2C2O4溶液浓度为 0. 001 0. Olmol · Γ1。
3.根据权利要求2所述的ZnO纳米带阵列的制备方法，其特征在于所述的H2C2O4溶液浓度为 0. Olmol · IA
4.根据权利要求1所述的ZnO纳米带阵列的制备方法，其特征在于所述阳极氧化的槽电压为3 10V，氧化时间为10 30min。
5.根据权利要求4所述的ZnO纳米带阵列的制备方法，其特征在于所述阳极氧化的槽电压为3 5V，氧化时间为IOmin。
6.根据权利要求1一 5所述的任意一种ZnO纳米带阵列的制备方法，其特征在于所述的煅烧温度为400 500°C、煅烧时间为1 2h。
7.根据权利要求6所述的ZnO纳米带阵列的制备方法，其特征在于所述的煅烧温度为500°C、煅烧时间为2h。
全文摘要
本发明公开了一种ZnO纳米带阵列的制备方法，其以Sn-Zn合金为阳极，在H2C2O4溶液进行电化学氧化；氧化后的合金在空气中煅烧，冷却后即得ZnO纳米带阵列。本方法具有简单易行的特点；且制备设备廉价、工艺参数容易控制；得到的ZnO纳米带与基底结合牢固。
文档编号B82Y40/00GK102181911SQ201110100138
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月21日 优先权日2011年4月21日
发明者凌云汉, 蒋武锋, 郝素菊 申请人:河北联合大学