專利名稱：一種樹枝結構氧化鋅納米線陣列膜的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及納米材料，新能源和光電技術領域。
背景技術：
由于在未來光電器件中的潛在應用，大面積、高密度的一維半導體納米結構陣列的研究引起了人們的廣泛興趣。在諸多半導體材料中，氧化鋅(aiO)作為一種η型半導體 (3. ，具有大的激子結合能(60meV)、高的機械和熱穩(wěn)定性，在高效短波光電器件上的應用吸引了人們的廣泛關注。另一方面，ZnO納米線(棒)陣列在壓電發(fā)電機、染料敏化太陽能電池、光子晶體以及超疏水界面等方面也都有著重要應用。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有序排列的納米線(棒)等一維納米結構陣列薄膜，具有規(guī)則有序的電學通道，可以有效地提高電子傳輸能力，降低電子-空穴復合幾率，但其缺點在于比表面積小，因此光電轉換效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種樹枝結構氧化鋅納米線(棒)陣列膜的制備方法，尤其是這種樹枝結構的氧化鋅納米線(棒)陣列膜在保持氧化鋅納米線(棒)高電子傳輸能力、低電子-空穴復合幾率等優(yōu)點的前提下，可有效的增加其比表面積，顯著提高光電轉換效率。本發(fā)明的技術方案如下枝結構氧化鋅納米線陣列膜的制備方法，步驟如下(1) 導電基底用丙酮，乙醇，去離子水洗凈備用，所述導電基底為鍍摻氟氧化錫透明導電膜玻璃、鍍氧化銦錫透明導電膜玻璃、鍍氧化銦錫透明導電膜的塑料薄膜、金屬絲網(wǎng)或金屬片。(2)通過水熱反應在洗凈的導電基底表面制備氧化鋅納米線(棒)陣列反應溶液為鋅鹽0. 02-0. 2mol/L ；聚乙烯亞胺0. 003-0. 01mol/L，六次甲基四胺0. 02-0. 2mol/L，氨水0. 4-4mol/L，溶入一定量水中，置入高壓釜中，加熱至50 200°C，反應1 M小時，自然冷卻至室溫。所述鋅鹽為硝酸鋅，醋酸鋅，硫酸鋅或氯化鋅。圖1給出一個由步驟(2)所得氧化鋅納米線(棒)陣列的示意圖。(3)生長了氧化鋅納米線(棒)陣列的導電基底投入硫化試劑濃度為 0. 001-lmol/L的水溶液中，置入高壓釜中進行硫化處理，反應溫度50 200°C，時間0. 5-10 小時，自然冷卻至室溫，所述硫化試劑為&S，Na2S,硫代乙酰胺或硫脲；(4)硫化處理后的導電基底在200_500°C煅燒l_12h。(5)再次置入高壓釜中，反應溶液組成為0. 01-0. 05mol/L ；聚乙烯亞胺 0. 005-0. 01mol/L，六次甲基四胺 0. 01-0. 05mol/L，氨水 0. 2-2. 0mol/L，溶入一定量水中， 置入高壓釜中，(4)步驟煅燒處理后的導電基底置入上述高壓釜中進行二次水熱處理，溫度 50 200°C，反應0. 5 M小時，自然冷卻至室溫，既得所述樹枝結構氧化鋅納米線(棒) 陣列。所述鋅鹽為硝酸鋅，醋酸鋅，硫酸鋅或氯化鋅。圖2給出一個由步驟( 所得樹枝結構氧化鋅納米線(棒)陣列的示意圖。類似ITO的塑料可以是聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯，也可以是PC或PMMA塑料。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明方法制備得到的氧化鋅納米線(棒)陣列膜具有氧化鋅納米線(棒)高電子傳輸能力，大大增加了有效的比表面積，顯著提高光電轉換效率。 可用于染料敏化太陽能電池，光致發(fā)光和場電子發(fā)射等多種領域，制備方法簡便，性價比
尚O


圖1為本發(fā)明(2)步驟制備所得氧化鋅納米線(棒)陣列掃描電子顯微鏡(SEM) 圖。圖2為本發(fā)明最終制備所得樹枝結構氧化鋅納米線(棒)陣列掃描電子顯微鏡 (SEM)圖。
具體實施例方式實施例1 不銹鋼絲網(wǎng)用丙酮，乙醇，去離子水洗凈，置入高壓釜中，反應溶液組成為水(40ml)；硝酸鋅(0. 05mol/L)；聚乙烯亞胺(0. 003mol/L)，六次甲基四胺(0. 05mol/ L)，氨水(0.40mol/L)。加熱至90°C，反應6小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，置入另一高壓釜中進行硫化處理，反應溶液組成為水OOml)；硫脲(0.05mol/L)。加熱至120°C， 反應1小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，硫化處理后的導電基底在200°C加熱煅燒證； 煅燒后再次置入高壓釜中，反應溶液組成為水GOml)；醋酸鋅(0.025mol/L)；聚乙烯亞胺 (0. 008mol/L)，六次甲基四胺(0. 025mol/L)，氨水(0. 4mol/L)。加熱至90°C，反應3小時， 自然冷卻至室溫，取出導電基底，即得樹枝結構氧化鋅納米線(棒)陣列。實施例2:鍍氧化銦錫透明導電膜玻璃用丙酮，乙醇，去離子水洗凈，置入高壓釜中，反應溶液組成為水(80ml)；氯化鋅(0. lmol/L)；聚乙烯亞胺(0. 005mol/L)，六次甲基四胺(0. lmol/L)，氨水(l.Omol/L)。加熱至120°C，反應3小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，置入另一高壓釜中，反應溶液組成為水(40ml) ；Na2S(0. 05mol/L) 0加熱至90°C， 反應3小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，硫化處理后的導電基底在400°C加熱煅燒4h ； 煅燒后再次置入高壓釜中，反應溶液組成為水GOml)；硝酸鋅(0.025mol/L)；聚乙烯亞胺 (0. 01mol/L)，六次甲基四胺(0.025mol/L)，氨水(0. 40mol/L)。加熱至88°C，反應3小時， 自然冷卻至室溫，取出導電基底，即得樹枝結構氧化鋅納米線(棒)陣列。實施例3:鍍氧化銦錫透明導電膜玻璃用丙酮，乙醇，去離子水洗凈，置入高壓釜中，反應溶液組成為水(1000ml)；硝酸鋅(0. 02mol/L)；聚乙烯亞胺(0. 003mol/L)，六次甲基四胺(0. lmol/L)，氨水(4-Omol/L)。加熱至100°C，反應12小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，置入另一高壓釜中，反應溶液組成為水OOml)；硫代乙酰胺(0. 02mol/L)。加熱至120°C，反應2小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，硫化處理后的導電基底在500°C 加熱煅燒池；煅燒后再次置入高壓釜中，反應溶液組成為水(100ml)；硫酸鋅(0.025mol/ L)；聚乙烯亞胺(0.005mol/L)，六次甲基四胺(0. 025mol/L)，氨水(0. 20mol/L)。加熱至 90°C，反應4小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，即得樹枝結構氧化鋅納米線(棒)陣列。實施例4:鍍氧化銦錫透明導電膜玻璃用丙酮，去離子水洗凈，置入高壓釜中，反應溶液組成為水(40ml)；硫酸鋅(0. 025mol/L)；聚乙烯亞胺(0. 005mol/L)，六次甲基四胺(0. lmol/L)，氨水(l.Omol/L)。加熱至200°C，反應M小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，置入另一高壓釜中，反應溶液組成為水OOml)；硫代乙酰胺(0.02mol/L)。加熱至 50°C，反應8小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，硫化處理后的導電基底在350°C加熱煅燒4h;煅燒后再次置入高壓釜中，反應溶液組成為水GOml)；醋酸鋅(0.025mol/L)；聚乙烯亞胺(0. 008mol/L)，六次甲基四胺(0. 04mol/L)，氨水(l.Omol/L)。加熱至80°C，反應24 小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，即得樹枝結構氧化鋅納米線(棒)陣列。
實施例5 鍍氧化銦錫透明導電聚萘二甲酸乙二醇酯膜，用乙醇和去離子水洗凈， 置入高壓釜中(一般不需要加壓)，反應溶液組成為水OOOml)；氯化鋅(0.4mol/L)；聚乙烯亞胺(0. 005mol/L)，六次甲基四胺(0. lmol/L)，氨水(0. 4mol/L)。加熱至200°C，反應 M小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，置入另一高壓釜中，反應溶液組成為冰(20ml)； 硫代乙酰胺(0. 02mol/L)。加熱至150°C，反應8小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，硫化處理后的導電基底在350°C加熱煅燒4h ；煅燒后再次置入高壓釜中，反應溶液組成為水 (40ml)；硝酸鋅(0. 025mol/L)；聚乙烯亞胺(0. Olmol/L)，六次甲基四胺(0. 05mol/L)，氨水 (2. 0mol/L)。加熱至140°C，反應10小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，即得樹枝結構氧化鋅納米線(棒)陣列。
實施例6:鍍摻氟氧化錫透明導電膜玻璃用丙酮，乙醇，去離子水洗凈，置入高壓釜中，反應溶液組成為水(60ml)；硫酸鋅(0. 20mol/L)；聚乙烯亞胺(0. Olmol/L)，六次甲基四胺(0. lmol/L)，氨水(0.4mol/L)。加熱至60°C，反應M小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，硫化處理后的導電基底在350°C加熱煅燒4h ；煅燒后置入另一高壓釜中，反應溶液組成為水OOml)；硫代乙酰胺(0.02mol/L)。加熱至80°C，反應10小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，再次置入高壓釜中，反應溶液組成為水(80ml)；硝酸鋅(0.025mol/L)； 聚乙烯亞胺(0. Olmol/L)，六次甲基四胺(0.025mol/L)，氨水(0. 8mol/L)。加熱至180°C， 反應20小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，即得樹枝結構氧化鋅納米線(棒)陣列。
權利要求
1.一種樹枝結構氧化鋅納米線陣列膜的制備方法，其特征在于制備步驟如下(1)導電基底用丙酮、乙醇和去離子水洗凈備用，所述導電基底為鍍摻氟氧化錫透明導電膜玻璃、鍍氧化銦錫透明導電膜玻璃、鍍氧化銦錫透明導電膜的塑料薄膜、金屬絲網(wǎng)或金屬片；(2)通過水熱反應在洗凈的導電基底表面制備氧化鋅納米線陣列導電基底洗凈后置入高壓釜反應溶液中；反應溶液組成為鋅鹽0. 02-0. 2mol/L ；聚乙烯亞胺0. 003-0. Olmol/ L,六次甲基四胺0. 02-0. 2mol/L,氨水0. 4-4mol/L,溶入一定量水中，置入高壓釜中，加熱至50 200°C，反應1 M小時，自然冷卻至室溫；所述鋅鹽為硝酸鋅，醋酸鋅，硫酸鋅或氯化鋅；(3)生長了氧化鋅納米線陣列的導電基底投入硫化試劑濃度為0.001-lmol/L的水溶液中，置入高壓釜中進行硫化處理，反應溫度50 200°C，時間0. 5-10小時，自然冷卻至室溫，所述硫化試劑為&S，Na2S,硫代乙酰胺或硫脲；(4)硫化處理后的導電基底在200-500°C煅燒l_12h；(5)再次置入高壓釜中，反應溶液組成為鋅鹽0.01-0.05mol/L;聚乙烯亞胺 0. 005-0. 01mol/L，六次甲基四胺 0. 01-0. 05mol/L，氨水 0. 2-1. Omol/L，溶入一定量水中， 溫度50 200°C，反應0. 5 M小時，自然冷卻至室溫，即得所述樹枝結構氧化鋅納米線陣列；所述鋅鹽為硝酸鋅，醋酸鋅，硫酸鋅或氯化鋅。
2.如權利要求1所述的樹枝結構氧化鋅納米線陣列膜的制備方法，其特征在于所述導電基底為鍍摻氟氧化錫透明導電膜玻璃，鍍氧化銦錫透明導電膜玻璃、金屬、鍍氧化銦錫透明導電膜聚對苯二甲酸乙二醇酯塑料薄膜或鍍氧化銦錫透明導電膜聚萘二甲酸乙二醇酯塑料薄膜。
全文摘要
一種樹枝結構氧化鋅納米線陣列膜的制備方法。導電基底用丙酮、乙醇和去離子水洗凈備用，通過水熱反應在洗凈的導電基底表面制備氧化鋅納米線陣列導電基底洗凈后置入高壓釜反應溶液中；反應溶液鋅鹽、聚乙烯亞胺、六次甲基四胺、氨水溶入一定量水中，置入高壓釜中，加熱至50～200℃，反應1～24小時，自然冷卻至室溫；生長的氧化鋅納米線(棒)陣列經(jīng)硫化和煅燒處理后，二次水熱處理即可得到具有樹枝結構的氧化鋅納米線(棒)陣列膜。樹枝結構的生成可有效的增加氧化鋅納米線(棒)的比表面積。此方法制備得到的氧化鋅納米線(棒)陣列膜可用于染料敏化太陽能電池，光致發(fā)光和場電子發(fā)射等多種領域，制備方法簡便，性價比高。
文檔編號C03C17/34GK102503171SQ20111033704
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權日2011年10月31日
發(fā)明者代輝, 周勇, 鄒志剛 申請人:南京大學