一种制备交叉型氧化锌纳米线阵列的方法
【专利摘要】本发明公开了一种制备交叉型氧化锌纳米线阵列的方法，包括以下步骤：（1）采用分子束外延的方法在衬底上制备ZnO薄膜作为生长ZnO纳米结构的籽晶层；（2）在所述薄膜上用水热的方法生长交叉型ZnO纳米线阵列。本发明利用水热方法制备的交叉状ZnO纳米线阵列，具有以下优点：1、此方法制备交叉状ZnO纳米线阵列利用分子束外延技术蒸镀一层很薄的ZnO薄膜，来作为生长制备纳米结构的籽晶层，没有利用金属做催化剂，避免引入杂质。2、此方法制备出的交叉状ZnO纳米线阵列，形貌均一，可大面积的生长。3、通过水热方法可以较为容易的制备交叉状ZnO纳米线阵列，并且具有很好的重复性。
【专利说明】一种制备交叉型氧化锌纳米线阵列的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制备交叉型氧化锌纳米线阵列的方法，特别是未使用金属催化剂制备具有交叉型氧化锌纳米线阵列的一种低成本、可用于大面积生长的制备方法。
【背景技术】
[0002]目前半导体材料在光催化、气敏传感器、发光二极管、探测器、太阳能电池等领域有广泛应用。与其它半导体材料相比，ZnO具有以下的优点:一维ZnO纳米结构容易制备、纳米形貌结构丰富、成本低、无毒性和禁带宽度比较大。由于ZnO材料的抗菌性、高活性、高化学稳定性、大的量子产率，使它成为一种很好的催化剂材料。近年来，许多研究小组已经通过化学气相沉积、电化学沉积、水热等方法制备出多种形貌的ZnO纳米结构，如ZnO纳米带、ZnO纳米棒、ZnO量子点等等。王中林研究组曾报道在氧化镁极性面上利用气相沉积的方法，以金属作为催化剂生长交叉状ZnO纳米结构，另外还有两个研究组报道利用高压激光脉冲沉积的方法，以催化剂辅助外延生长类似的纳米结构在m面蓝宝石衬底上。然而，利用水热方法生长交叉型氧化锌纳米线阵列还未见报道。
[0003]
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种制备交叉型氧化锌纳米线阵列的方法。
[0005]为解决上述问题，本发明提出一种制备交叉型氧化锌纳米线阵列的方法，包括以下步骤:
(1)采用分子束外延的方法在衬底上制备ZnO薄膜作为生长ZnO纳米结构的籽晶层；
(2)在所述薄膜上用水热的方法生长交叉型ZnO纳米线阵列。
[0006]优选的，所述步骤(I)的工作参数为:选用金属Zn和氧气作为生长源，具体生长参数:生长温度为800°C，生长室真空度为3X10_3Pa，氧气射频功率稳定在300W，氧气流量为ISCCM。
[0007]优选的，所述步骤(2)的过程为:以六次甲基四胺和乙酸锌为反应源，以去离子水为溶剂，制得反应溶液，以步骤(I)制备的带有ZnO薄膜的衬底为反应基底，将20ml的反应溶液和反应基底放入高压反应釜，密封好后放入烘箱，生长温度为90°C，反应时间为12 -18小时。
[0008]优选的，所述衬底为蓝宝石衬底，优选为c面蓝宝石衬底。
[0009]优选的，所述金属Zn为纯度为6N的金属锌，所述氧气为纯度为5N的氧气。
[0010]优选的，所述六次甲基四胺和乙酸锌的用量摩尔比为1:1。
[0011]优选的，所述六次甲基四胺和乙酸锌在反应溶液中的浓度均为10_12mM。
[0012]优选的，所述反应源还包括磷酸二氢钠，磷酸二氢钠在反应溶液中的浓度为2mM。
[0013]本发明利用水热方法制备的交叉状ZnO纳米线阵列，其制备方法具有以下优点: 1、此方法制备交叉状ZnO纳米线阵列利用分子束外延技术蒸镀一层很薄的ZnO薄膜，来作为生长制备纳米结构的籽晶层，没有利用金属做催化剂，避免引入杂质。
[0014]2、此方法制备出的交叉状ZnO纳米线阵列，形貌均一，可大面积的生长。
[0015]3、通过水热方法可以较为容易的制备交叉状ZnO纳米线阵列，并且具有很好的重复性。
[0016]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
[0017]
【专利附图】
【附图说明】
[0018]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
图1是利用水热方法制备的交叉状ZnO纳米线阵列的扫描电镜图(放大5k倍，实施例1);
图2是利用水热方法制备的交叉状ZnO纳米线阵列的扫描电镜图(放大1k倍，实施例
1);
图3是利用水热方法制备的交叉状ZnO纳米线阵列的扫描电镜图(放大5k倍，实施例
2)；
图4是利用水热方法制备的交叉状ZnO纳米线阵列的扫描电镜图(放大5k倍，实施例
3)；
图5是利用水热方法制备的交叉状ZnO纳米线阵列的扫描电镜图(放大5k倍，实施例
4)；
图6是XRD谱图(实施例1)。
【具体实施方式】
[0019]下面参照本发明实施例对本发明作进一步描述。
[0020]实例I
采用分子束外延的方法在c面蓝宝石衬底上制备很薄的ZnO薄膜作为生长ZnO纳米结构的籽晶层，在该膜层上再用水热的方法生长交叉型ZnO纳米线阵列，其特征在于，所述的交叉型ZnO纳米线阵列是在以下工艺条件下获得:
首先，利用分子束外延的方法在c面蓝宝石衬底上制备很薄的ZnO薄膜:选用高纯金属锌6N (99.9999%)作为Zn源和纯度为5N (99.999%)的氧气作为O源。具体生长参数:生长温度为800°C，生长室真空度为3X10_3Pa，氧气射频功率稳定在300 W，氧气流量为1SCCM。
[0021]然后在镀有一层薄ZnO (分子束外延所得)的c面蓝宝石再次生长交叉型ZnO纳米线阵列:以等摩尔的六次甲基四胺和乙酸锌为反应源，其浓度均为10mM，去离子水为溶剂，镀有一层薄ZnO (分子束外延所得)的c面蓝宝石衬底为反应基底，将20ml的反应溶液和反应基底放入高压反应釜，密封好后放入烘箱，生长温度为90°C，反应时间为18小时。
[0022]通过对所得的纳米材料进行扫描电镜表征，如图1、图2所示，其形貌为交叉型的纳米线阵列，纳米线的直径在20-100nm范围内，长度在Ium左右，和现有的交叉状ZnO纳米线阵列相似，但比现有的要规则，致密性要好。如图6所示，我们对样品进行XRD表征，结果只存在ZnO的衍射峰，这能证明它的纯度比较高。
[0023]实例2
采用分子束外延的方法在c面蓝宝石衬底上制备很薄的ZnO薄膜作为生长ZnO纳米结构的籽晶层，在该膜层上再用水热的方法生长交叉型ZnO纳米线阵列，其特征在于，所述的交叉型ZnO纳米线阵列是在以下工艺条件下获得:
首先，利用分子束外延的方法在c面蓝宝石衬底上制备很薄的ZnO薄膜:选用高纯金属锌6N (99.9999%)作为Zn源和纯度为5N (99.999%)的氧气作为O源。具体生长参数:生长温度为800°C，生长室真空度为3X10_3Pa，氧气射频功率稳定在300 W，氧气流量为1SCCM。
[0024]然后在镀有一层薄ZnO (分子束外延所得)的c面蓝宝石再次生长交叉型ZnO纳米线阵列:以等摩尔的六次甲基四胺和乙酸锌为反应源，其浓度均为10mM，去离子水为溶剂，镀有一层薄ZnO (分子束外延所得)的蓝宝石衬底为反应基底，将20ml的反应溶液和反应基底放入高压反应釜，密封好后放入烘箱，生长温度为90°C，反应时间为12小时。
[0025]通过对所得的纳米材料进行扫描电镜表征，如图3所示，其形貌仍为交叉型的纳米线阵列。
[0026]实例3
采用分子束外延的方法在c面蓝宝石衬底上制备很薄的ZnO薄膜作为生长ZnO纳米结构的籽晶层，在该膜层上再用水热的方法生长交叉型ZnO纳米线阵列，其特征在于，所述的交叉型ZnO纳米线阵列是在以下工艺条件下获得:
首先，利用分子束外延的方法在c面蓝宝石衬底上制备很薄的ZnO薄膜:选用高纯金属锌6N (99.9999%)作为Zn源和纯度为5N (99.999%)的氧气作为O源。具体生长参数:生长温度为800°C，生长室真空度为3X10_3Pa，氧气射频功率稳定在300 W，氧气流量为1SCCM。
[0027]然后在镀有一层薄ZnO (分子束外延所得)的c面蓝宝石再次生长交叉型ZnO纳米线阵列:以等摩尔的六次甲基四胺和乙酸锌为反应源，其浓度均为12mM，去离子水为溶剂，镀有一层薄ZnO (分子束外延所得)的蓝宝石衬底为反应基底，将20ml的反应溶液和反应基底放入高压反应釜，密封好后放入烘箱，生长温度为90°C，反应时间为12小时。
[0028]通过对所得的纳米材料进行扫描电镜表征，如图4所示，其形貌仍为交叉型的纳米线阵列。
[0029]实例4
采用分子束外延的方法在c面蓝宝石衬底上制备很薄的ZnO薄膜作为生长ZnO纳米结构的籽晶层，在该膜层上再用水热的方法生长交叉型ZnO纳米线阵列，其特征在于，所述的交叉型ZnO纳米线阵列是在以下工艺条件下获得:
首先，利用分子束外延的方法在c面蓝宝石衬底上制备很薄的ZnO薄膜:高纯金属锌6N(99.9999%)作为Zn源和纯度为5N (99.999%)的氧气作为O源。具体生长参数:生长温度为800°C，生长室真空度为3X10_3Pa，氧气射频功率稳定在300 W，氧气流量为1SCCM。
[0030]然后在镀有一层薄ZnO (分子束外延所得)的c面蓝宝石再次生长交叉型ZnO纳米线阵列:以六次甲基四胺、乙酸锌和磷酸二氢钠为反应源，去离子水为溶剂，六次甲基四胺和乙酸锌的浓度均为10mM，磷酸二氢钠的浓度为2mM，镀有一层薄ZnO (分子束外延所得)的蓝宝石衬底为反应基底，将约20ml的反应溶液和反应基底放入高压反应釜，密封好后放入烘箱，生长温度为90°C，反应时间为18小时。
[0031]通过对所得的纳米材料进行扫描电镜表征，如图5所示，其形貌仍为交叉型的纳米线阵列。
[0032]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种制备交叉型氧化锌纳米线阵列的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)采用分子束外延的方法在衬底上制备ZnO薄膜作为生长ZnO纳米结构的籽晶层； (2)在所述薄膜上用水热的方法生长交叉型ZnO纳米线阵列。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(I)的工作参数为:选用金属Zn和氧气作为生长源，具体生长参数:生长温度为800°C，生长室真空度为3X10_3Pa，氧气射频功率稳定在300W，氧气流量为1SCCM。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)的过程为:以六次甲基四胺和乙酸锌为反应源，以去离子水为溶剂，制得反应溶液，以步骤(I)制备的带有ZnO薄膜的衬底为反应基底，将20ml的反应溶液和反应基底放入高压反应釜，密封好后放入烘箱，生长温度为90°C，反应时间为12 - 18小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底，优选为c面蓝宝石衬底。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属Zn为纯度为6N的金属锌，所述氧气为纯度为5N的氧气。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述六次甲基四胺和乙酸锌的用量摩尔比为1:1。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述六次甲基四胺和乙酸锌在反应溶液中的浓度均为10-12mM。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述反应源还包括磷酸二氢钠，磷酸二氢钠在反应溶液中的浓度为2mM。
【文档编号】B82Y40/00GK104229862SQ201410435338
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月31日 优先权日:2014年2月23日
【发明者】丁梦, 徐锡金, 邓晓龙, 邵明辉, 黄金昭 申请人:济南大学