專利名稱：一種氧化鋅納米發(fā)電機(jī)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋅納米發(fā)電機(jī)及其制造方法，尤其涉及一種具有串聯(lián)氧化鋅納米發(fā)電機(jī)單元的氧化鋅納米發(fā)電機(jī)及其制造方法。
背景技術(shù)：
作為二十一世紀(jì)興起的一個(gè)重要的高新科技領(lǐng)域，納米技術(shù)正經(jīng)歷著前所未有的高速發(fā)展期。在完成大量新型納米材料制備的基礎(chǔ)上，各種與之相關(guān)的具有特殊功能的納米器件的研究正在成為納米科技發(fā)展新的推動(dòng)力。由于系統(tǒng)的小型化要求相應(yīng)能源供給系統(tǒng)的微型化，因此，在一個(gè)復(fù)雜的納米系統(tǒng)中，單個(gè)器件的能源供給是至關(guān)重要的。然而，因、為缺乏合理的設(shè)計(jì)和研究思路，有關(guān)納米器件能源供給系統(tǒng)的研究已成為當(dāng)今納米技術(shù)研發(fā)中的一個(gè)盲區(qū)。探尋合適的、能夠源源不斷地自供電的納米級(jí)能源補(bǔ)給技術(shù)，是未來(lái)納米科技發(fā)展的潮流。從綠色、節(jié)能環(huán)保的角度考慮，理想的納米級(jí)供電裝置應(yīng)該是不依賴于外部充電能源、無(wú)毒、不產(chǎn)生污染且能連續(xù)供電的系統(tǒng)。這種自供電源的納米系統(tǒng)，無(wú)論是在生物、醫(yī)學(xué)、人類健康，還是在軍事、無(wú)線通信和無(wú)線傳感等方面都具有不可估量的價(jià)值。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，用于某些疾病診斷和治療的身體內(nèi)置無(wú)線傳感器都需要電源驅(qū)動(dòng)。一般來(lái)講，這些傳感器的能源都直接或間接地來(lái)源于外部電池。這種外部電源存在著攜帶不方便、需經(jīng)常更換、需定期充電等缺點(diǎn)。如果這些傳感器能借助于生物體內(nèi)部能量資源(例如，各種體液流動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能，肌肉的伸縮能等)實(shí)現(xiàn)自我供電，這將是人類能源利用史上的一個(gè)奇跡，必將引發(fā)一場(chǎng)新的綠色能源革命。這也意味著人類能夠真正利用微型納米系統(tǒng)，將流動(dòng)、振動(dòng)、水壓等自然界存在的且被人們所忽略的機(jī)械能有效地轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)無(wú)需外接電源而能獨(dú)立工作的納米器件，從而最大限度地滿足人們的各種能源需求。但是現(xiàn)有的納米發(fā)電機(jī)的制造方法通常成本較高，且均為單層結(jié)構(gòu)，所提供的發(fā)電量有限，無(wú)法滿足各種能源需求。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種氧化鋅納米發(fā)電機(jī)的制造方法，簡(jiǎn)單易行，可以形成多層串聯(lián)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供一種氧化鋅納米發(fā)電機(jī)的制造方法，包括I)在襯底上鍍一層鈦層；2)再鍍一層金層；3)將襯底漂浮在六水合硝酸鋅和六次甲基四胺的水溶液的面，并使鍍金的一面向下，在加熱的條件下生長(zhǎng)，得到氧化鋅納米線層；4 )在氧化鋅納米線層上旋涂PMMA層，其中PMMA將氧化鋅納米線包裹在其中，并露出氧化鋅納米線的端部，然后固化PMMA ；5)鍍一層金層；
6)再鍍一層鈦層。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中在執(zhí)行步驟5)之前還包括步驟4’ ):在氧化鋅納米線層上鍍一層鈦層，然后重復(fù)上述步驟2)、3)和4)，所述步驟4’)可執(zhí)行一次或重復(fù)多次，額外再得到一層或多層氧化鋅納米線層。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述金層的厚度在50_100nm之間。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述鈦層的厚度在50-150nm之間。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述六水合硝酸鋅的摩爾濃度與六次甲基四胺的摩爾濃度比為1:1。
根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述六水合硝酸鋅的濃度為0. 01-0. 05mol/L，六次甲基四胺的濃度為0. 01-0. 05mol/L。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中步驟3)中，生長(zhǎng)氧化鋅納米線層時(shí)的溫度為75至85。。。本發(fā)明還提供一種根上述制造方法形成的氧化鋅納米發(fā)電機(jī)。本發(fā)明提供的方法僅通過(guò)溶液化學(xué)方法便可以形成氧化鋅納米線發(fā)電層，成本低廉，并可有效的提高氧化鋅納米線與襯底上的金層之間的粘附力，并可得到多層串聯(lián)的納米發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，從而提高氧化鋅納米發(fā)電機(jī)的發(fā)電量。


以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明，其中圖I為根據(jù)實(shí)施例I提供的方法所得到的納米發(fā)電機(jī)的示意圖；圖2為根據(jù)實(shí)施例I提供的方法所得到的納米發(fā)電機(jī)的電流-電壓曲線；圖3為單層氧化鋅納米發(fā)電機(jī)的電壓和電流脈沖輸出；圖4為根據(jù)實(shí)施例2提供的方法所得到的納米發(fā)電機(jī)的示意圖；圖5為多層氧化鋅納米發(fā)電機(jī)的電壓和電流脈沖輸出。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I本實(shí)施例提供一種結(jié)構(gòu)如圖I所示的氧化鋅納米發(fā)電機(jī)的制造方法，包括I)在襯底I上利用真空鍍膜法鍍一層50nm的鈦層2，然后再鍍一層50nm的金層3，其中襯底I為kapton薄膜；2)將步驟I)所得的樣品漂浮在六水合硝酸鋅和六次甲基四胺的水溶液(其中六水合硝酸鋅的濃度為0. 02mol/L，六次甲基四胺的濃度為0. 02mol/L)的表面，并使鍍金的一面向下，將溶液和樣品置入75°C的烘箱中，反應(yīng)5小時(shí)，得到氧化鋅納米線層，該層中具有陣列狀排布的大致垂直于襯底生長(zhǎng)的氧化鋅納米線4，氧化鋅納米線4的長(zhǎng)度約為I微米，反應(yīng)后將樣品取出，并用去離子沖洗，沖洗干凈后烘干；3)用旋涂機(jī)在氧化鋅納米線層上旋涂一層900納米厚的PMMA層5，其中PMMA將氧化鋅納米線4包裹在其中，并露出氧化鋅納米線4的端部，然后固化PMMA ；4)再鍍一層約50nm厚的金層7，然后再鍍一層厚度約50nm的鈦層8。本實(shí)施例提供的方法所形成的氧化鋅納米發(fā)電機(jī)的電流-電壓曲線如圖2所示，表明其具有肖特基特性。圖3為該氧化鋅納米發(fā)電機(jī)的電壓和電流脈沖輸出，表明其具有良好的發(fā)電特性。上述方法中，在步驟3)中，使樣品漂浮在溶液表面，相比于將樣品襯底的與鍍金面相反的一面貼在容納上述水溶液的容器的底部(即將樣品沉到水底)或者將樣品襯底的與鍍金面相反的一面貼在容器壁上的情況，可有效的提高所生長(zhǎng)的氧化鋅納米線與襯底上的金層之間的粘附力，使氧化鋅納米線不易脫落。在上述方法中，采用旋涂的方式形成PMMA層，可使得PMMA層的厚度更加均勻，避免氧化鋅納米線與金層之間的接觸不良。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，其中在生長(zhǎng)氧化鋅納米線層之前所生長(zhǎng)的金層的厚度應(yīng)在50-100nm之間，例如60nm、80nm、100nm,在該厚度區(qū)間內(nèi)，金層會(huì)形成一個(gè)一個(gè)小球狀，會(huì)在小球與小球的縫隙連接處生長(zhǎng)出垂直狀的氧化鋅納米線，因?yàn)榻鸹椎挠行蛐?，?長(zhǎng)出的氧化鋅納米線會(huì)形成良好的陣列結(jié)構(gòu)，從而提高氧化鋅納米發(fā)電機(jī)的性能。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，其中鈦層的厚度優(yōu)選在50_150nm之間.實(shí)施例2本實(shí)施例提供一種結(jié)構(gòu)如圖4所示的氧化鋅納米發(fā)電機(jī)的制造方法，包括I)在襯底I上利用真空鍍膜法鍍一層IOOnm的鈦層2，然后再鍍一層IOOnm的金層3，其中襯底I為kapton薄膜；2)將襯底I漂浮在六水合硝酸鋅和六次甲基四胺的水溶液(其中六水合硝酸鋅的濃度為0. 05mol/L，六次甲基四胺的濃度為0. 05mol/L)的表面，，并使鍍金的一面向下，將溶液和樣品置入85°C的烘箱中，反應(yīng)4小時(shí)，得到氧化鋅納米線層，該層中具有陣列狀排布的大致垂直于襯底生長(zhǎng)的氧化鋅納米線4，氧化鋅納米線4的長(zhǎng)度約為I微米，反應(yīng)后將樣品取出，并用去離子沖洗，沖洗干凈后烘干；3)用旋涂機(jī)在氧化鋅納米線層上旋涂一層900納米厚的PMMA層5，其中PMMA將氧化鋅納米線4包裹在其中，并露出氧化鋅納米線4的端部，然后固化PMMA ；4)鍍一層約IOOnm厚的鈦層2’ ；5)鍍一層約IOOnm厚的金層3’ ；6)重復(fù)步驟2)和3)，得到由大致垂直于襯底生長(zhǎng)的氧化鋅納米線4’構(gòu)成的氧化鋅納米線層，其中氧化鋅納米線4’被包裹在PMMA層5’中；7)再鍍一層約IOOnm厚的金層7，然后再鍍一層厚度約IOOnm的鈦層8。本實(shí)施例提供的方法所形成的氧化鋅納米發(fā)電機(jī)的電壓和電流脈沖輸出如圖5所示，表明其具有良好的發(fā)電特性。上述方法中，通過(guò)重復(fù)生長(zhǎng)兩層氧化鋅納米線層，得到了串聯(lián)的納米發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，從而提高了氧化鋅納米發(fā)電機(jī)的發(fā)電量。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，還可以多次重復(fù)生長(zhǎng)氧化鋅納米線層，從而進(jìn)一步提高氧化鋅納米發(fā)電機(jī)的發(fā)電量。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，其中在生長(zhǎng)氧化鋅納米線層之前所生長(zhǎng)的金層的厚度應(yīng)在50-100nm之間，例如60nm、80nm、100nm,在該厚度區(qū)間內(nèi)，金層會(huì)形成一個(gè)一個(gè)小球狀，會(huì)在小球與小球的縫隙連接處生長(zhǎng)出垂直狀的氧化鋅納米線，因?yàn)榻鸹椎挠行蛐?，生長(zhǎng)出的氧化鋅納米線會(huì)形成良好的陣列結(jié)構(gòu)，從而提高氧化鋅納米發(fā)電機(jī)的性能。
根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，其中所生長(zhǎng)的鈦層的厚度可在50-150nm之間。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，其中生長(zhǎng)氧化鋅納米線層所使用的溶液中，六水合硝酸鋅的濃度優(yōu)選為0. 01mol/L-0. 05mol/L,六次甲基四胺的濃度優(yōu)選為0. Olmol/L-0. 05mol/L。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，其中所述六水合硝酸鋅的摩爾濃度與六次甲基四胺的摩爾濃度比為1:1。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，其中生長(zhǎng)氧化鋅納米線層時(shí)的溫度優(yōu)選為75至85°C。上述實(shí)施例中，采用kapton薄膜作為襯底，kapton薄膜的主要成分是聚酰亞胺，是耐熱性較高的一類高分子材料，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫性、堅(jiān)韌性、耐磨性、阻燃性、電絕緣性等，但是本發(fā)明中也可以采用其他的有彈性的襯底，例如PDMS，只要能夠?qū)⑼饨绲臋C(jī)械能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能并傳遞給氧化鋅納米線即可。 最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋅納米發(fā)電機(jī)的制造方法，包括 1)在襯底上鍍一層鈦層； 2)再鍍一層金層； 3)將襯底漂浮在六水合硝酸鋅和六次甲基四胺的水溶液的面，并使鍍金的一面向下，在加熱的條件下生長(zhǎng)，得到氧化鋅納米線層； 4)在氧化鋅納米線層上旋涂PMMA層，其中PMMA將氧化鋅納米線包裹在其中，并露出氧化鋅納米線的端部，然后固化PMMA ； 5)鍍一層金層； 6)再鍍一層鈦層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在執(zhí)行步驟5)之前還包括步驟4’)在氧化鋅納米線層上鍍一層鈦層，然后重復(fù)上述步驟2)、3)和4)，所述步驟4’ )可執(zhí)行一次或重復(fù)多次，額外再得到一層或多層氧化鋅納米線層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述金層的厚度在50-100nm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述鈦層的厚度在50-150nm之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述六水合硝酸鋅的摩爾濃度與六次甲基四胺的摩爾濃度比為1:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述六水合硝酸鋅的濃度為0.01-0. 05mol/L，六次甲基四胺的濃度為0. 01-0. 05mol/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中步驟3)中，生長(zhǎng)氧化鋅納米線層時(shí)的溫度為75至85。。。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法形成的氧化鋅納米發(fā)電機(jī)。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造方法形成的氧化鋅納米發(fā)電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氧化鋅納米發(fā)電機(jī)的制造方法，包括1)在襯底上鍍一層鈦層；2)再鍍一層金層；3)將襯底漂浮在六水合硝酸鋅和六次甲基四胺的水溶液的面，并使鍍金的一面向下，在加熱的條件下生長(zhǎng)，得到氧化鋅納米線層；4)在氧化鋅納米線層上旋涂PMMA層，其中PMMA將氧化鋅納米線包裹在其中，并露出氧化鋅納米線的端部，然后固化PMMA；5)鍍一層金層；6)再鍍一層鈦層。
文檔編號(hào)H01L41/113GK102709464SQ20121016265
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者于愛(ài)芳, 江鵬, 王中林 申請(qǐng)人:國(guó)家納米科學(xué)中心