专利名称：一步电沉积制备ZnO纳米棒阵列的方法
技术领域：
本发明涉及一种在透明导电玻璃上制备直立ZnO纳米棒阵列的方法。属于纳米光电器件制备技术领域。
背景技术：
在透明导电玻璃上制备大规模直立ZnO纳米棒阵列在纳米光催化器件、光伏器件方面都引起极大的关注。液相法制备ZnO纳米棒阵列的技术由于具有高产出率、低温度并且基底选择面广而倍受青睐。然而，目前采用的液相法如水热法和声化学法需要抗压设备或超声空化，这会降低纳米结构形貌的可控性。电沉积法可有效解决上述问题，但目前常用的电沉积法中，需要配制复杂的溶液或在基底沉积缓冲层，因此开发一种简单且普适的电沉积法成为当务之需。 经对现有技术文献的检索发现，Zhuo Zhang等人在《Journal of PhysicsChemistry C》第114卷(2010年)189-193页报道了通过在Si基底上直接电沉积制备ZnO直立纳米棒阵列的方法。该方法通过在硝酸锌水溶液中逐滴加入氢氧化铵溶液(28 wt%NH3的水溶液)配制成Zn(NH3)4(NO3)2溶液，然后在80°C的该电解液中电沉积生长ZnO纳米棒。该方法无需对基底表面预处理、无需在溶液中通氧、无需施压，但溶液的配制仍较为复杂。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种对操作环境要求宽松、溶液配制更为便利的ZnO直立纳米棒阵列在透明导电玻璃上的沉积方法。本发明中，在氧化铟锡(ITO)玻璃上的大规模ZnO纳米棒阵列可通过简单的一步电沉积法制得。没有添加剂、预处理层或模板应用在电沉积过程中，从而可以使其它干扰因素的影响最小化。本发明中采用的方法比以往报道过的电沉积方法都要简便，使得它更适用于大规模、低成本纳米器件的制备。本方法通过直流电沉积生长技术在ITO透明导电玻璃上生长ZnO纳米棒，制备出的纳米棒直径在100-180 nm可调，纳米棒阵列高度在600-1500 nm范围内可调。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤
a.配制一定浓度的Zn(NO3) 2水溶液
配制浓度为O. 01-0. 05 mol/L的Zn(NO3)2水溶液；
b.采用直流电沉积法在ITO导电玻璃上进行沉积
电流密度在O. 1-1 mA ^nT2，温度在75-95 °C，沉积采用二电极体系，两电极保持平行，间距约为2 cm，沉积时间为20-40分钟。沉积完成后，将样品用去离子水反复清洗，去除样品上残留溶液离子；
c.对生长好的ZnO纳米棒阵列进行热处理
在150-200 1进行退火处理，保温6小时，热处理气氛为空气气氛；最终得到ZnO纳米棒阵列。本发明制备得到的产物的物理化学特征为颜色为无色透明，通过X射线衍射分析得到产物的晶相是六角纤锌矿结构，ZnO纳米棒沿c轴有着显著的择优取向。通过场发射扫描电子显微镜的观察，纳米棒直径在100-180 nm可调，纳米棒阵列高度在600-1500 nm范围内可调，纳米棒中心间距在150_300 nm可调。与现有技术相比本发明的优点在于本发明制备ZnO纳米棒阵列的溶液配制简单，成本低廉，比以往报道过的电沉积方法都要简便，使得它更适用于大规模、低成本纳米器件的制备。
图I为本发明实施例I所得的ZnO纳米棒阵列的X射线衍射图。图2为本发明实施例I所得的ZnO纳米棒阵列的扫描电子显微镜 的侧视照。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。实施例I
电化学沉积过程在O. 01 mol/L Zn(NO3)2水溶液中进行，采用的电源为二电极体系，电流密度恒定在O. I mA · cm_2，温度恒定在75 °C，沉积时间为30分钟。ITO玻璃基底连接阴极，阳极采用2. 25 cm2的钼片，两电极保持平行，间距为2 cm。沉积完成后，所有样品用去离子水反复清洗，去除样品上残留溶液离子。之后，将样品置于管式热处理炉中进行150 V退火处理。热处理在周围空气气氛中进行，以I. 5 V HiirT1的加热速度升温至设定温度，保温6 h,然后以1.5 V mirT1速度冷却至室温。通过肉眼观察ZnO纳米棒阵列颜色为无色透明，通过X射线衍射分析(图I)得到产物的晶相是六角纤锌矿结构，(002)衍射峰的强度要显著高于ZnO的其它峰强，说明ZnO纳米棒沿c轴有着显著的择优取向。通过场发射扫描电子显微镜的观察(图2)，Zn0纳米棒的直径为120-150 nm，纳米棒长度为800-1000 nm，纳米棒中心平均间距为300 nm。实施例2
电化学沉积过程在O. 01 mol/L Zn(NO3)2水溶液中进行，采用的电源为二电极体系，电流密度恒定在O. I mA · cm_2，温度恒定在85 °C，沉积时间为40分钟。ITO玻璃基底连接阴极，阳极采用2. 25 cm2的钼片，两电极保持平行，间距为2 cm。沉积完成后，所有样品用去离子水反复清洗，去除样品上残留溶液离子。之后，将样品置于管式热处理炉中进行150 V退火处理。热处理在周围空气气氛中进行，以I. 5 V mirT1的加热速度升温至设定温度，保温6 h,然后以1.5 V mirT1速度冷却至室温。ZnO纳米棒阵列颜色为无色透明，通过X射线衍射分析得到产物的晶相是六角纤锌矿结构。通过场发射扫描电子显微镜的观察，ZnO纳米棒的直径为150-180 nm，纳米棒长度为1200-1500 nm，纳米棒中心平均间距为300 nm。实施例3
电化学沉积过程在O. 05 mol/L Zn(NO3)2水溶液中进行，采用的电源为二电极体系，电流密度恒定在I mA ^nT2，温度恒定在95 °C，沉积时间为30分钟。ITO玻璃基底连接阴极，阳极采用2. 25 cm2的钼片，两电极保持平行，间距为2 cm。沉积完成后，所有样品用去离子水反复清洗，去除样品上残留溶液离子。之后，将样品置于管式热处理炉中进行200 °C退火处理。热处理在周围空气气氛中进行，以1.5 V mirT1的加热速度升温至设定温度，保温6h,然后以I. 5 V mirT1速度冷却至室温。ZnO纳米棒阵列颜色为无色透明，通过X射线衍射分析得到产物的晶相是六角纤锌矿结构。通过场发射扫描电子显微镜的观察，ZnO纳米棒的直径为100-120 nm，纳米棒长度为800-1000 nm，纳米棒中心平均间距为150 nm。 本发明的有益效果是本发明制备ZnO纳米棒阵列的方法简单、易于操作，制备成本低廉，对环境要求宽松，制备的纳米棒直径在100-180 nm可调，纳米棒阵列高度在600-1500 nm范围内可调，纳米棒中心间距在150-300 nm可调，适用于组装纳米光催化器 件、光伏器件等纳米器件。
权利要求
1.一种一步电沉积制备ZnO纳米棒阵列的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤 a.配制一定浓度的Zn(NO3) 2水溶液 配制浓度为O. 01-0. 05 mol/L的Zn(NO3)2水溶液； b.采用直流电沉积法在ITO导电玻璃上进行沉积 电流密度在O. 1-1 mA ^nT2，温度在75-95 °C，沉积采用二电极体系，两电极保持平行，间距约为2 cm，沉积时间为20-40分钟；沉积完成后，将样品用去离子水反复清洗，去除样品上残留溶液离子； c.对生长好的ZnO纳米棒阵列进行热处理 在150-200 1进行退火处理，保温6小时，热处理气氛为空气气氛；最终制得ZnO纳米棒阵列。
全文摘要
本发明涉及一种通过直流电沉积在透明导电玻璃上生长ZnO纳米棒阵列的方法。属于纳米光电器件制备技术领域。其步骤包括首先，配制一定浓度的Zn(NO3)2水溶液；其次，采用直流电沉积法在导电玻璃上进行沉积；最后，对生长好的ZnO纳米棒阵列进行热处理。本发明制备ZnO纳米棒阵列的溶液配制简单，成本低廉，比以往报道过的电沉积方法都要简便，使得它更适用于大规模、低成本纳米器件的制备。通过本方法制备的ZnO纳米棒阵列直径、高度、密度可调，可用于纳米光催化器件、光伏器件等纳米器件的组装。
文档编号C25D9/06GK102691084SQ201210211728
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者任鑫, 赵彬 申请人:上海大学