本发明涉及微纳材料制备技术领域，特别涉及一种氧化锌薄膜及其制备方法和应用。
背景技术：
氧化锌是一种重要的直接带隙宽禁带半导体（带隙宽度3.37电子伏）。此外，氧化锌还具有较高的机械强度和热稳定性以及化学稳定性。此外，氧化锌的不同形貌的纳米结构通常具有不同的独特的性能，如量子隧道效应、量子限域效应等，并且纳米结构形貌特征还与光吸收、光衍射、光散射以及载流子的迁移复合密切相关。因此发展新型氧化锌纳米结构具有不仅具有重要的科学价值，而且在发光器件、光电探测、光场调控、纳米发电机等领域均具有广阔的应用前景。
氧化锌的纳米结构及制备方法在本领域已有诸多报道，如《制备氧化锌微纳米齿形棒及氧化锌微纳米松塔》(中国发明专利，申请号201210128568.2)，《一种氧化锌纳米线阵列结构及其制备方法》(中国发明专利，申请号201310400110.2)，《氧化锌纳米钉的合成方法》(中国发明专利，申请号201210363820.8)，《氧化锌纳米片簇及其制备方法》(中国发明专利，申请号201410283226.7)。然而上述的公开报道的结构是无序的，不是严格周期性结构，不能实现氧化锌纳米环状周期性结构的制备，与本发明有本质的不同。
科技文献《thedirectnano-patterningofznousingnanoimprintlithographywithzno-solandthermalannealing》(microelectronicengineering,2009,86(11):2228-2231)及《fabricationofsurface-patternedznothinfilmsusingsol–gelmethodsandnanoimprintlithography》(journalofsol-gelscienceandtechnology,2011,60(1):17-22)通过软纳米压印技术通过溶胶凝胶法制备了氧化锌的周期性光栅结构。周期性光栅结构与氧化锌纳米环状周期性结构形貌不同，决定了氧化锌的光电性能是不同的。如科技文献《v-bandbull’seyeantennaformultiple
discretelysteerablebeams（ietmicrowaves,antennas&propagation,10(3),318-325.）纳米环状结构可实现光束的定性操控，具有重要前者应用。然而通过进一步地科技文献检索未见有氧化锌纳米环状周期性结构的相关公开报道。
技术实现要素：
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种氧化锌薄膜制备方法和应用，该薄膜具有一个或呈阵列分布的多个纳米环状周期性结构的图案，能实现对光的有序调控，增强电子迁移复合，具有广阔的应用前景。
技术方案：本发明提供了一种氧化锌薄膜，该薄膜上具有至少一个纳米环状周期性结构的图案，各所述纳米环状周期性结构中均具有若干纳米环，各所述纳米环的线宽均为40～200nm，槽深均为40～80nm，周期均为80～400nm。
优选地，所述氧化锌薄膜的厚度为40～100nm。
优选地，若所述氧化锌薄膜上具有多个所述纳米环状周期性结构的图案，则多个所述纳米环状周期性结构呈阵列分布。
优选地，所述纳米环为圆形或椭圆形；若所述纳米环为圆形，则各圆形的纳米环为同心圆纳米环。
本发明还提供了一种氧化锌薄膜的制备方法，包括以下步骤：s1，制备纳米环状周期性结构的光刻胶母板，所述光刻胶母板上具有至少一个纳米环状周期性结构的图案，且各所述纳米环状周期性结构中均具有若干圆形或椭圆形的纳米环；s2，使用所述光刻胶母板通过软纳米压印光刻技术制备纳米环状周期性结构的柔性转移模板；s3，采用溶胶凝胶法在玻璃基板上旋涂氧化锌前聚体溶液；s4，将所述柔性转移模板置于已经旋涂成膜的氧化锌前聚体上，加热加压后移除所述柔性转移模板，得氧化锌薄膜。
进一步地，在所述s1中，所述光刻胶母板的制作步骤为：采用变频干涉光刻方法在厚度为800nm正性光刻胶上曝光，然后在浓度为0.4%的氢氧化钠溶液中显影，得到所述光刻胶母板。
进一步地，在所述s2中，将紫外光固化胶滴涂在所述光刻胶母板上，然后在所述紫外光固化胶上放置聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，施加压力的同时，采用351nm的紫外光固化10min，移除所述光刻胶母板，所述光刻胶母板上的纳米环状周期性结构转移到所述紫外光固化胶上，得所述柔性转移模板。
进一步地，在所述s3中，所述氧化锌前聚体溶液的制备步骤为：将2ml的甲氧基乙醇和220mg的二水乙酸锌以及61μl的乙醇胺溶液放置于配液瓶中，再放入磁力搅拌子搅拌4h，得到所述氧化锌前聚体溶液。
进一步地，在所述s4中，将所述柔性转移模板置于已经旋涂成膜的氧化锌前聚体上，将所述玻璃基板放置到热板上，保持150℃的同时施加压力，然后移除所述柔性转移模板，得所述氧化锌薄膜。
本发明还提供了一种氧化锌薄膜在发光器件、有机太阳能电池、钙钛矿电池、光电探测、光场调控或纳米发电机领域中的应用。
有益效果：与现有技术相比，本发明的氧化锌薄膜由于具有形貌均匀有序的纳米环状周期性结构的图案，周期性的环状结构有利于电流的有序传输，增强电子迁移复合，能实现对光的有序调控，氧化锌薄膜结晶程度高，形貌均匀有序，能够有效提高氧化锌薄膜的光电性能，而且由于结构本身的纳米环状特点，还提供了诸如光线定向衍射、光电器件的光吸收或光取出等潜在的应用价值；制作方法简便易行、成本低廉，解决了现有技术中无法实现周期性纳米环状结构制备的问题，在有机太阳能电池、有机发光二极管等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施方式1中氧化锌同心圆纳米环状周期性结构的俯视结构示意图；
图2为沿图1中a-a面的断面图；
图3为实施方式1和2中氧化锌薄膜的制备流程图；
图4为实施方式1中氧化锌纳米环状周期性结构的扫描电子显微镜图；
图5为实施方式2中氧化锌椭圆形纳米环状周期性结构的俯视结构示意图；
图6为实施方式2中氧化锌纳米环状周期性结构的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的介绍。
实施方式1：
本实施方式提供了一种氧化锌薄膜，该薄膜上具有一个同心圆纳米环状周期性结构的图案，且该同心圆纳米环状周期性结构中具有若干同心圆纳米环（为了便于描述，图中仅示出四个同心圆纳米环），如图1和2所示，该氧化锌薄膜的整体厚度a为85nm，各同心圆纳米环的线宽b均为60nm，槽深c均为40nm，周期d均为150nm。
如图3所示，本实施方式中的氧化锌薄膜的制备方法包括如下步骤：
s1，采用变频干涉光刻方法，通过实时调整干涉光刻系统的元件组合方式按照附图1的同心圆纳米环状周期性结构输出纳米干涉图案，在厚度为800nm正性光刻胶上曝光30秒，然后在浓度为0.4%的氢氧化钠溶液中显影10s，接着用热风吹干显影后的光刻胶板，得到具有周期为150nm、线宽为60nm、槽深为70nm的同心圆纳米环状周期性结构的光刻胶母板。
s2，将紫外光固化胶(noa63)滴涂在上述光刻胶母板上，然后在紫外光固化胶上放置聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，施加2.5bar压力的同时，采用351nm的紫外光固化10min，移除上述光刻胶母板，紫外光固化胶和苯二甲酸乙二醇酯薄膜结为一体，光刻胶母板上的同心圆纳米环状周期性结构转移到紫外光固化胶上，得到具有同心圆纳米环状周期性结构的柔性转移模板。
s3，将2ml的甲氧基乙醇和220mg的二水乙酸锌以及61μl的乙醇胺溶液放置于配液瓶中，再放入磁力搅拌子搅拌4小时，得到氧化锌前聚体溶液。接着将上述玻璃基板放置到旋涂仪的旋涂台上，调节转速为2000r/min，用滴管向玻璃基板上滴注氧化锌前聚体溶液，旋涂时间为45s。
s4，将柔性转移模板置于已经旋涂成膜氧化锌前聚体上，将玻璃基板放置到热板上，保持150℃的同时施加1.0bar压力，在1min后，移除柔性转移模板，得到厚度为85nm的氧化锌薄膜，该薄膜上具有周期为150nm、线宽为60nm、槽深为40nm的同心圆纳米环状周期性结构的图案(如图4所示)。
实施方式2：
本实施方式提供了一种氧化锌薄膜，该薄膜上具有一个椭圆形纳米环状周期性结构的图案，且该椭圆形纳米环状周期性结构中具有若干椭圆形纳米环（为了便于描述，图中仅示出四个椭圆形纳米环），如图5所示，该氧化锌薄膜的整体厚度为100nm，各椭圆形纳米环的线宽均为150nm，槽深均为80nm，周期均为400nm。
如图3所示，本实施方式中的氧化锌薄膜的制备方法包括如下步骤：
s1，采用变频干涉光刻方法，通过实时调整干涉光刻系统的元件组合方式按照附图5的椭圆形纳米环状周期性结构输出纳米干涉图案，在厚度为800nm正性光刻胶上曝光45秒，然后在浓度为0.4%的氢氧化钠溶液中显影14s，接着用热风吹干显影后的光刻胶板，得到具有周期为400nm、线宽为150nm、槽深为120nm的椭圆形纳米环状周期性结构的光刻胶母板。
s2，将紫外光固化胶(优选使用noa63)滴涂在上述光刻胶母板上，然后在紫外光固化胶上放置聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，施加3.0bar压力的同时，采用351nm的紫外光固化13min，移除上述光刻胶母板，紫外光固化胶和苯二甲酸乙二醇酯薄膜结为一体，光刻胶母板上的椭圆形纳米环状周期性结构转移到紫外光固化胶上，得到具有椭圆形纳米环状周期性结构的柔性转移模板。
s3，将2ml的甲氧基乙醇和220mg的二水乙酸锌以及61μl的乙醇胺溶液放置于配液瓶中，再放入磁力搅拌子搅拌4小时，得到氧化锌前聚体溶液。接着将上述玻璃基板放置到旋涂仪的旋涂台上，调节转速为1500r/min，用滴管向玻璃基板上滴注氧化锌前聚体溶液，旋涂时间为50s。
s4，将柔性转移模板置于已经旋涂成膜氧化锌前聚体上，将玻璃基板放置到热板上，保持150℃的同时施加1.8bar压力，在1min后，移除柔性转移模板，得到厚度为100nm的氧化锌薄膜，该薄膜上具有周期为400nm、线宽为150nm、槽深为80nm且呈阵列分布的椭圆形纳米环状周期性结构的图案(如图6所示，只显示阵列分布的一部分)。
实施方式3：
本实施方式提供了一种实施方式1或2中制备出的氧化锌薄膜在发光器件、有机太阳能电池、钙钛矿电池、光电探测、光场调控或纳米发电机领域中的应用。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。