專利名稱：一種在ito玻璃上電化學(xué)制備海膽狀氧化鋅納米線陣列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在ITO玻璃上制備海膽狀氧化鋅納米線陣列的方法，該陣列薄膜可應(yīng)用于納米晶太陽能電池、納米傳感器等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧化鋅(ZnO)作為一種新型的半導(dǎo)體材料，在室溫下可以獲得高效的激子發(fā)光，且在紫外波段具有強(qiáng)的自由激子躍遷發(fā)光。在各種一 /三維納米結(jié)構(gòu)中，由于ZnO納米線的表面積巨大，從而產(chǎn)生表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，在催化、光電、磁性、敏感等方面具有許多特殊性能和新用途，加上原材料資源豐富、價(jià)格便宜，對環(huán)境無毒無害，適合于薄膜的外延生長，在信息光電領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，成為近年來新的研究熱點(diǎn)。目前，制備三維ZnO陣列的方法有化學(xué)氣相沉積法和液相生長法。化學(xué)氣相沉積法通常用鋅粉或氧化鋅粉作為原材料，在較高溫度下通過氣相輸送，然后在合適的溫區(qū)沉積，最后得到不同相貌的氧化鋅。這種方法需要高溫，有時(shí)還需要催化劑，最大缺點(diǎn)在于生長過程不易控制、重復(fù)性差。液相生長法通常在基底上制備一層氧化鋅的納米晶作為種子層，然后在60 90°C的鋅鹽溶液中浸泡一段時(shí)間，從而得到氧化鋅納米線陣列。該方法的反應(yīng)條件溫和、成本低、產(chǎn)物均勻，但所需的前驅(qū)體反應(yīng)物相對復(fù)雜，而且產(chǎn)物容易污染，不易提純，結(jié)晶性不聞。電化學(xué)合成法是近年來被廣泛應(yīng)用的一種合成方法，它具有環(huán)保，反應(yīng)條件溫和，過程可控，并易于自動(dòng)化操作等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為合成金屬氧化物納米線的一種有效方法，制備的ZnO納米線是由ZnO納米晶組成，高度和直徑均可調(diào)控，具有良好的光學(xué)和電學(xué)性能，可廣泛應(yīng)用于納米晶太陽能電池、納米傳感器等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及利用電化學(xué)沉積的方法，通過調(diào)控電化學(xué)沉積的工藝參數(shù)，包括氯化鉀(KCl)和氧化鋅(ZnCl2)的濃度，以及電化學(xué)沉積的電量(Q)，來調(diào)控納米線陣列的直徑和高度，以聚苯乙烯微球陣列為模板，在微球表面制備ZnO納米線，從而獲得放射狀、海膽形氧化鋅納米線陣列。通過控制沉積電量，可連續(xù)調(diào)控ZnO納米線陣列的高度和直徑。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的操作步驟:采用自組裝法在ITO玻璃上制備聚苯乙烯微球陣列；在氯化鋅溶液里用電化學(xué)方法在微球陣列表面沉積制備高度取向的ZnO納米線陣列，從而獲得放射狀、海膽形氧化鋅納米線陣列。所述的采自組裝法在ITO玻璃上制備聚苯乙烯微球陣列的方法，采用以下步驟:1.在恒溫60_80°C下，將ITO玻璃基板依次在三氯乙烯(C2HCl3)、丙酮(CH3COCH3)、異丙醇(CH3CH(OH)CH)溶劑里進(jìn)行超聲清洗10-25min，然后用超純水沖洗干凈，最后用氮?dú)?吹干。
2.在干凈的ITO玻璃基片用自組裝法沉積直徑為微米級別的單層聚苯乙烯微球，隨后基片在空氣中自然晾干。3.將附著有聚苯乙烯微球陣列的ITO玻璃基片浸入1-2M的ZnCl2溶液里處理45-60min后取出，作為電沉積氧化鋅納米線的工作電極。所述的在氯化鋅溶液里用電化學(xué)方法在微球陣列表面沉積制備高度取向的ZnO納米線陣列，采用以下步驟:1.采用標(biāo)準(zhǔn)三電極的電沉積系統(tǒng)，附著有聚苯乙烯微球陣列的ITO玻璃基片作為工作電極，鉬絲電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極。2.配置ZnO納米線電沉積溶液，1-5x1 O^4M的ZnCl2為電沉積前驅(qū)物，0.1-3.4M的KCl為支持電解質(zhì)。3.在電沉積開始前，溶液在70-80°C恒溫下，通氧氣10-20min。在電沉積過程中，一直對溶液做鼓泡通氧處理。4.對工作電極施加-1V vs飽和甘汞電極，沉積電量Q為2.5-50C/cm2,當(dāng)Q超過設(shè)定值時(shí)，儀器自動(dòng)停止工作。5.取出樣品，用去離子水沖洗干凈后，用氮?dú)獯蹈?，制成放射狀、海膽形氧化鋅納米線陣列。工作電極上的反應(yīng)由反應(yīng)⑴、⑵和化學(xué)反應(yīng)(3)組成02+2H20+2e-— H202+20IT 反應(yīng)(I)02+2H20+4e_ — 40F反應(yīng)(2)Zn2++20IT — ZnCHH2O反應(yīng)⑶工作電極表面的氧氣被還原為0H_離子，靠近電極的鋅離子在電場的作用下，自動(dòng)在工作電極表面組裝成ZnO納米線陣列。本發(fā)明中，一種在ITO玻璃上電化學(xué)制備海膽狀氧化鋅納米線陣列的方法，是基于電化學(xué)沉積原理的方法。本發(fā)明中，一種在ITO玻璃上電化學(xué)制備海膽狀氧化鋅納米線陣列的方法，是以單層自組裝聚苯乙烯微球?yàn)槟０澹谖⑶虮砻嫔L氧化鋅納米線陣列，電化學(xué)沉積原理的方法。本發(fā)明中，一種在ITO玻璃上電化學(xué)制備海膽狀氧化鋅納米線陣列的方法，在控制ZnO納米線陣列具有相同直徑下，可連續(xù)調(diào)控ZnO納米線陣列的高度。本發(fā)明中，一種在ITO玻璃上電化學(xué)制備海膽狀氧化鋅納米線陣列的方法，在控制ZnO納米線陣列相同高度下,可連續(xù)調(diào)控ZnO納米線陣列直徑。本發(fā)明中提出的一種在ITO玻璃上電化學(xué)制備海膽狀氧化鋅納米線陣列的方法，操作簡單，制備時(shí)間短，能量消耗低，產(chǎn)量較高，在納米晶太陽能電池、納米傳感器等領(lǐng)域?qū)@得廣泛的應(yīng)用。


圖1為自組裝微球的場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖片。

圖2為海膽狀ZnO納米線陣列的場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖片。具體實(shí)施方案實(shí)施例1:依次在三氯乙烯(C2HCl3)、丙酮(CH3COCH3)、異丙醇(CH3CH(OH)CH)溶劑里超聲加熱(70°C )清洗ITO玻璃基板15min，然后用超純水沖洗干凈后用氮?dú)獯蹈伞Ｔ诟蓛舻幕迳献越M裝沉積直徑為4微米的聚苯乙烯微球，沉積面積是1x2cm2，附著有聚苯乙烯微球陣列的ITO玻璃基片浸入IM的ZnCl2溶液里處理45min后取出，作為電沉積氧化鋅納米線的工作電極。將5xl(T4M ZnCl2和IM KCl配成ZnO電沉積溶液，在恒溫80°C下，溶液通氧氣IOmin0在電沉積過程中，一直對溶液做鼓泡加氧處理。采用標(biāo)準(zhǔn)三電極的電沉積系統(tǒng)進(jìn)行電化學(xué)沉積，有ZnO種子層薄膜的ITO玻璃作為工作電極，鉬絲電極作為對電極，飽和甘汞電極作為參比電極。對工作電極施加-1V vs飽和甘汞電極，電量Q設(shè)置為10C/cm2，當(dāng)Q超過IOC/cm2時(shí)，電化學(xué)工作站將自動(dòng)停止電沉積。取出樣品，用去離子水沖洗干凈后，用氮?dú)獯蹈桑频煤Ｄ憼頩nO納 米線陣列。
權(quán)利要求
1.一種在ITO玻璃基片上電化學(xué)制備海膽狀氧化鋅(ZnO)納米線陣列的方法，其特征在于該制備方法首先采用自組裝方法在ITO玻璃上沉積單層有序聚苯乙烯微球，隨后在微球體表面電化學(xué)沉積良好有序氧化鋅納米線，從而獲得放射狀、海膽形氧化鋅納米線陣列。
2.按權(quán)利要求1所述的一種在ITO玻璃上制備可調(diào)控直徑和高度的海膽狀氧化鋅納米線陣列的方法，其特征在于，制備方法包括如下步驟: ①采用自組裝法在ITO玻璃上制備聚苯乙烯微球陣列作為電沉積氧化鋅納米線的工作電極，采用以下步驟: 1)在恒溫60-80°C下，將ITO玻璃基板依次在三氯乙烯(C2HCl3)、丙酮(CH3COCH3)、異丙醇(CH3CH(OH)CH)溶劑里進(jìn)行超聲清洗10-25min，然后用超純水沖洗干凈，最后用氮?dú)獯蹈伞?br> 2)在干凈的ITO玻璃基片用自組裝法沉積直徑為微米級別的單層聚苯乙烯微球，隨后基片在空氣中自然晾干。
3)將附著有聚苯乙烯微球陣列的ITO玻璃基片浸入1-2M的ZnCl2溶液里處理45-60min后取出，作為電沉積氧化鋅納米線的工作電極。
②在氯化鋅溶液里用電化學(xué)方法在微球表面沉積制備高度取向的ZnO納米線陣列，采用以下步驟: 1)采用標(biāo)準(zhǔn)三電極的電沉積系統(tǒng)，噴涂有ZnO種子層薄膜的ITO玻璃作為工作電極，鉬絲電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極。
2)配置ZnO納米線電沉積溶液，1-5x1O^4M的ZnCl2為電沉積前驅(qū)物，0.1-3.4M的KCl為支持電解質(zhì)。
3)在電沉積開始前，溶液在70-80°C恒溫下，通氧氣10-20min。在電沉積過程中，一直對溶液做鼓泡通氧處理。
4)對工作電極施加-1Vvs飽和甘汞電極，沉積電量Q為2.5-50C/cm2,當(dāng)Q超過設(shè)定值時(shí)，儀器自動(dòng)停止工作。
5)取出樣品，用去離子水沖洗干凈后，用氮?dú)獯蹈?，制成放射狀、海膽形氧化鋅納米線陣列。
3.按權(quán)利要求1或2所述的一種在ITO玻璃基片上電化學(xué)制備海膽狀氧化鋅納米線陣列的方法，其特征在于，組裝完畢的微球放入1-2M ZnCl2溶液里處理一段時(shí)間，使聚苯乙烯微球表面具有電化學(xué)活性。
4.按權(quán)利要求1或2所述的一種在ITO玻璃基片上電化學(xué)制備海膽狀氧化鋅納米線陣列的方法其特征在于，ZnO納米線陣列垂直生長于微球表面，從而獲得放射狀、海膽形氧化鋅納米線陣列。
5.按權(quán)利要求1或2所述的一種在ITO玻璃基片上電化學(xué)制備海膽狀氧化鋅納米線陣列的方法其特征在于，ZnO納米線的高度由電量Q調(diào)控；ZnO納米線的直徑由KCl，ZnCl2的濃度來調(diào)控。
6.按權(quán)利要求1或2所述的一種在ITO玻璃基片上電化學(xué)制備海膽狀氧化鋅納米線陣列的方法，其特征在于，電沉積方法制備ZnO納米線和ZnO納米管的操作簡單，合成時(shí)間短，能量消耗低，產(chǎn)量較高。
7.按權(quán)利要求1或2所述的一種在ITO玻璃基片上電化學(xué)制備海膽狀氧化鋅納米線陣列的方法，其特征在于，制備的海膽狀ZnO納米線由ZnO納米晶組成，具有良好的光學(xué)和電學(xué)性能，可廣泛應(yīng)用于納米 晶太陽能電池、納米傳感器等領(lǐng)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在ITO玻璃上電化學(xué)制備海膽狀氧化鋅納米線陣列的制備方法，該方法首先采用自組裝方法在ITO玻璃上沉積單層有序聚苯乙烯微球，隨后在微球體表面電化學(xué)沉積良好有序氧化鋅納米線，從而獲得放射狀、海膽形氧化鋅納米線陣列。本發(fā)明提出的海膽狀氧化鋅納米線陣列的制備方法所需材料廉價(jià)，環(huán)境友好，設(shè)備和步驟簡單，制備周期短，易于合成。制備的ZnO納米線是由ZnO納米晶組成，高度和直徑均可調(diào)控，具有良好的光學(xué)和電學(xué)性能，可廣泛應(yīng)用于納米晶太陽能電池、納米傳感器等領(lǐng)域。
文檔編號B82Y30/00GK103074658SQ201210589679
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者王曉東 申請人:蘇州汶顥芯片科技有限公司