专利名称：Si-ZnO一维纳米材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种Si-ZnO—维纳米材料及其制备方法，采用电化学制备方法在Si 纳米线上直接生长ZnO纳米线，属于半导体材料技术领域。
背景技术：
ZnO是一种宽禁带、直接带隙II-VI半导体材料，具有宽带隙(3. 37eV)及较大的激 子束缚能(60meV)，在光电子领域有重要应用。另一方面，Si半导体材料是目前研究广泛、 实用化程度最高的半导体材料，在太阳能电池、电子电路中有很广泛的应用。Si-ZnO结构除 了具有能够实现光电子集成的优点外，还具有制备简单、成本低廉等特点。硅材料与氧化锌 纳米材料的结合，成为制作发光二极管的材料，以及用于制备紫外探测器。由于Si与ZnO存在着较大的晶格失配，因此，如果在Si衬底上采用常用的生长纳 米结构的方法，如化学气相沉积方法，生长ZnO —维纳米结构，则必须先在Si体材料表面生 长ZnO薄膜作为籽晶层，诱导ZnO纳米结构的生长。该方法工艺上多出一道工序，成本提高。具有一维纳米结构的Si纳米线材料相对于Si体材料来说在电传导特性等方面 具有独特的优势。Si —维纳米结构与ZnO —维纳米结构相结合形成异质结构，在纳米器件 实用化方面具有十分重要的作用。现有技术在Si纳米线上生长ZnO的方法是分子束外延 (MBE)、磁控溅射以及脉冲激光沉积(PLD)等，且生长的ZnO均为薄膜结构。现有技术采用化学腐蚀的方法制备Si纳米线，以硝酸银为反应物，氢氟酸作为溶 剂，在室温下对P型或者N型Si片进行腐蚀，在Si片上形成直立状纳米线，长度10 μ m，直 径 0. 5 1 μ m。电化学沉积是一种在电极(电子导体)和溶液(离子导体)界面上进行电能和化 学能相互转化的过程，其特点是沉积速率高；材料生长温度低，可以在常温常压下操作；适 合在复杂的衬底上生长；可以通过改变电化学参数控制电荷分布获得不同厚度、不同光电 性质的薄膜或纳米结构；设备简易、容易操作、成本低、环境友好；适合大规模工业生产。采 用电化学沉积方法可以生长多种具有纳米结构的材料，如金属、半导体、导电聚合物、陶瓷 以及超导体等。
发明内容
本发明的目的是采用电化学沉积方法在Si纳米线上生长ZnO纳米线，从而制备出 Si-ZnO 一维纳米材料，为此我们发明一种Si-ZnO —维纳米材料及其制备方法。本发明之Si-ZnO —维纳米材料其特征在于ZnO纳米线生长在Si纳米线上。本发明之Si-ZnO —维纳米材料制备方法属于电化学沉积方法，其特征在于配制 先驱体水溶液，其中以硝酸锌为锌源，以六次甲基四胺作为表面活性剂，硝酸锌与六次甲基 四胺物质的量相等；然后进行电化学沉积，将所配制的先驱体水溶液转入三电极体系，其中 以Si纳米线作为工作电极，箔片作为辅助电极，Ag/AgCl作为参比电极，沉积温度为80 90°C，沉积时间为5 30min，沉积电位为-1. 15 -1. 95V。
本发明其技术效果在于实现了采用电化学沉积方法在Si纳米线上生长ZnO纳米 线的发明目的，获得了 Si-ZnO—维纳米材料，见图1 3所示，沉积过程是在Si纳米线上 直接进行，所获得的ZnO纳米线长度0. 2 2 μ m，直径100 200nm，沉积在Si纳米线上， 并形成了多枝状的核壳结构，根据所获得的产物的EDS谱图，见图4所示，可知其中的元素 为Zn、0、Si，进一步说明该产物一维纳米材料的物质为Si-ZnO。通过控制沉积电位和沉积 时间即可在Si纳米线上生长出不同形貌和尺寸的ZnO纳米线。所采用的电化学沉积方法 与现有技术采用的分子束外延(MBE)、磁控溅射以及脉冲激光沉积(PLD)等方法相比，设备 易得，工艺简单，成本低廉。
图1是实施例一获得的Si-ZnO —维纳米材料的SEM图像。图2是实例二获得的 Si-ZnO 一维纳米材料SEM的图像，该图兼作为摘要附图。图3是实例三获得的Si-ZnO —维 纳米材料的SEM图像。图4是实施例二获得的Si-ZnO —维纳米材料的EDS谱。
具体实施例方式实施例一1、配制先驱体水溶液。其中以硝酸锌为锌源，以六次甲基四胺作为表面活性剂，硝 酸锌与六次甲基四胺物质的量相等。2、进行电化学沉积。将配制的先驱体水溶液搅拌均勻后转入三电极体系，其中以 Si纳米线作为工作电极，箔片作为辅助电极，Ag/AgCl作为参比电极，沉积温度为90°C，沉 积时间为5min，沉积电位为-1. 55V。3、后处理。将产物经去离子水反复冲洗数次，去除产物表面吸附的离子，干燥，产 物形貌见图1所示，具有多枝状的核壳结构，长度0. 2 μ m，直径100 200nm。实施例二1、配制先驱体水溶液。其中以硝酸锌为锌源，以六次甲基四胺作为表面活性剂，硝 酸锌与六次甲基四胺物质的量相等。2、进行电化学沉积。将配制的先驱体水溶液搅拌均勻后转入三电极体系，其中以 Si纳米线作为工作电极，箔片作为辅助电极，Ag/AgCl作为参比电极，沉积温度为85°C，沉 积时间为30min，沉积电位为-1. 55V。3、后处理。将产物经去离子水反复冲洗数次，去除产物表面吸附的离子，干燥，产 物形貌见图2所示，具有多枝状的核壳结构，长度2 μ m，直径lOOnm。实施例三1、配制先驱体水溶液。其中以硝酸锌为锌源，以六次甲基四胺作为表面活性剂，硝 酸锌与六次甲基四胺物质的量相等。2、进行电化学沉积。将配制的先驱体水溶液搅拌均勻后转入三电极体系，其中以 Si纳米线作为工作电极，箔片作为辅助电极，Ag/AgCl作为参比电极，沉积温度为80°C，沉 积时间为30min，沉积电位为-1. 95V。3、后处理。将产物经去离子水反复冲洗数次，去除产物表面吸附的离子，干燥，产 物形貌见图3所示，具有多枝状的核壳结构，长度2 μ m,直径200nm。
权利要求
一种Si-ZnO一维纳米材料，其特征在于，ZnO纳米线生长在Si纳米线上。
2.根据权利要求1所述Si-ZnO—维纳米材料，其特征在于，具有多枝状的核壳结构。
3.根据权利要求1所述Si-ZnO—维纳米材料，其特征在于，ZnO纳米线的长度0. 2 2iim，直径 100 200nm。
4.一种Si-ZnO —维纳米材料制备方法，属于电化学沉积方法，其特征在于，配制先驱 体水溶液，其中以硝酸锌为锌源，以六次甲基四胺作为表面活性剂，硝酸锌与六次甲基四 胺物质的量相等；然后进行电化学沉积，将所配制的先驱体水溶液转入三电极体系，其中 以Si纳米线作为工作电极，箔片作为辅助电极，Ag/AgCl作为参比电极，沉积温度为80 90°C，沉积时间为5 30min，沉积电位为-1. 15 -1. 95V。
全文摘要
本发明涉及一种Si-ZnO一维纳米材料及其制备方法，属于半导体材料技术领域。在现有具有Si-ZnO结构的材料中，尚无ZnO纳米线生长在Si纳米线上的材料；现有制备具有Si-ZnO结构的材料的方法如分子束外延其设备昂贵、工艺复杂、成本高。本发明之方法属于电化学沉积方法，首先配制先驱体水溶液，其中以硝酸锌为锌源，以六次甲基四胺作为表面活性剂，硝酸锌与六次甲基四胺物质的量相等；然后进行电化学沉积，将所配制的先驱体水溶液转入三电极体系，其中以Si纳米线作为工作电极，箔片作为辅助电极，Ag/AgCl作为参比电极，沉积温度为80～90℃，沉积时间为5～30min，沉积电位为-1.15～-1.95V。在产物中ZnO纳米线生长在Si纳米线上。
文档编号C30B29/62GK101886281SQ20101021322
公开日2010年11月17日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者方芳, 方铉, 李金华, 浦双双, 王晓华, 赵东旭, 魏志鹏 申请人:长春理工大学