專利名稱：一種在有機柔性材料上電化學(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)明涉及一種在有機柔性材料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。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?；瘜W(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，有時還需要催化劑，最大缺點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，并易于自動化操作等優(yōu)點，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有機柔性材料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有機柔性材料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，將有機柔性材料基板依次在三氯乙烯(C2HCl3)、丙酮(CH3COCH3)、異丙醇(CH3CH(OH)CH)溶劑里進行超聲清洗10_25min，然后用超純水沖洗干凈，最后用氮氣吹干。2.在干凈的有機柔性材料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有機柔性材料基片浸入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有機柔性材料基片作為工作電極，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，O. 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，儀器自動停止工作。5.取出樣品，用去離子水沖洗干凈后，用氮氣吹干，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-— Η202+20Γ 反應(yīng)(I)02+2H20+4e_ — 40F反應(yīng)(2)Ζη2++20Γ — ZnCHH2O反應(yīng)⑶工作電極表面的氧氣被還原為0Η_離子，靠近電極的鋅離子在電場的作用下，自動在工作電極表面組裝成ZnO納米線陣列。本發(fā)明中，一種在有機柔性材料上電化學(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，一種在有機柔性材料上電化學(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為模板，在微球表面生長氧化鋅納米線陣列，電化學(xué)沉積原理的方法。本發(fā)明中，一種在有機柔性材料上電化學(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，一種在有機柔性材料上電化學(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)明中提出的一種在有機柔性材料上電化學(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。具體實施方案實施例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 )清洗有機柔性材料基板15min，然后用超純水沖洗干凈后用氮氣吹干。在干凈的基板上自組裝沉積直徑為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有機柔性材料基片浸入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lOmin。在電沉積過程中，一直對溶液做鼓泡加氧處理。米用標(biāo)準(zhǔn)三電極的電沉積系統(tǒng)進行電化學(xué)沉積，有ZnO種子層薄膜的有機柔性材料作為工作電極，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IOC/cm2,當(dāng)Q超過IOC/cm2時，電化學(xué)工作站將自動停止電沉積。取出樣品，用去離子水沖洗干凈后，用氮氣吹干，制得海膽狀`ZnO納米線陣列。
權(quán)利要求
1.一種在有機柔性材料基片上電化學(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有機柔性材料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所述的一種在有機柔性材料上制備可調(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采用自組裝法在有機柔性材料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，將有機柔性材料基板依次在三氯乙烯(C2HCl3)、丙酮(CH3COCH3)、異丙醇(CH3CH(OH)CH)溶劑里進行超聲清洗10-25min，然后用超純水沖洗干凈，最后用氮氣吹干。
2)在干凈的有機柔性材料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有機柔性材料基片浸入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種子層薄膜的有機柔性材料作為工作電極，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，O. 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，儀器自動停止工作。
5)取出樣品，用去離子水沖洗干凈后，用氮氣吹干，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所述的一種在有機柔性材料基片上電化學(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所述的一種在有機柔性材料基片上電化學(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所述的一種在有機柔性材料基片上電化學(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所述的一種在有機柔性材料基片上電化學(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所述的一種在有機柔性材料基片上電化學(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)明涉及一種在有機柔性材料上電化學(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有機柔性材料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，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C30B30/02GK103060910SQ201210589580
公開日2013年4月24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)明者沙俊 申請人:蘇州汶顥芯片科技有限公司