实现氧化锌纳米线自组装的方法

摘要

一种纳米处理技术领域的实现氧化锌纳米线自组装的方法，通过将硅片表面依次进行羟基化和氨基化处理后，浸泡于经十二烷基硫酸钠进行表面修饰后的氧化锌纳米线分散液，实现自组装。本发明简单、方便、高效，制备得到的氧化锌纳米线薄膜适宜制备高质量器件。

权利要求

1.一种实现氧化锌纳米线自组装的方法，其特征在于，通过将硅片表面依次进行羧基化和氨基化处理后，浸泡于经十二烷基硫酸钠进行表面修饰后的氧化锌纳米线分散液，实现自组装；

所述的羟基化是指：配制浓度30wt%硫酸溶液和浓度98wt%的双氧水溶液的混合溶液，其体积比为2.5:1，将清洗好的硅片放入该溶液中，在90℃下煮2～3小时，煮完之后将硅片取出并用去离子水反复清洗，最后将硅片放入去离子水中，在80℃条件下煮20～30分钟后，取出用氮气吹干；

所述的氨基化是指：在去离子水中加入3-氨丙基二乙氧基硅烷，并进行超声处理10分钟，之后将羟基化的硅片放入其中静置10～15小时，静置结束后加热至80℃并保持1～2小时，接着取出硅片并清洗，最后将硅片真空退火；

所述的表面修饰是指：将氧化锌纳米线放入去离子水中，同时向去离子水中添加十二烷基硫酸钠，并进行超声处理，使氧化锌纳米线在溶液中均匀分散，并使纳米线在十二烷基硫酸钠的修饰下表面带上负电。

2.根据权利要求1所述的实现氧化锌纳米线自组装的方法，其特征是，所述的3-氨丙基二乙氧基硅烷的用量为每100毫升去离子水中加入1～4毫升的3-氨丙基二乙氧基硅烷。

3.根据权利要求1所述的实现氧化锌纳米线自组装的方法，其特征是，所述的真空退火的温度为120～180℃，退火时间为10～20小时。

4.根据权利要求1所述的实现氧化锌纳米线自组装的方法，其特征是，所述的氧化锌纳米线的用量为每100毫升去离子水加入1～3毫克。

5.根据权利要求1所述的实现氧化锌纳米线自组装的方法，其特征是，所述的十二烷基硫酸钠的用量为每100毫升去离子水中加入0.01～0.10克十二烷基硫酸钠。

说明书

实现氧化锌纳米线自组装的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种纳米处理技术领域的方法，具体是一种实现氧化锌纳米线自组装的方法。

背景技术

[0002] 氧化锌纳米线具有卓越的半导体特性、光学特性、压电特性，受到了广泛地关注，并得到深入研究。氧化锌纳米线可以用于制备场效应晶体管、紫外光探测器、气敏传感器、太阳能电池、纳米发电机和场发射器件等。制备氧化锌纳米线薄膜器件的前提是，得到纳米线均匀分布性好的薄膜。而对于氧化锌纳米线，还缺乏有效地方法来制备纳米线薄膜。在硅片表面制备一层金纳米颗粒薄膜作为催化剂，可以制得纳米线薄膜，但由于催化剂的存在会影响薄膜器件性能，甚至无法用此薄膜来制备器件，所以用此方法制得的纳米线薄膜不适宜制造器件。

[0003] 经过对现有技术的检索发现，Ko S H，et al.ZnO nanowire network transistor fabrication on a polymer substrate by low-temperature，all-inorganic nanoparticle solution process.APPLIED PHYSICS LETTERS，2008，92：154102(高承焕，等.利用低温全无机纳米粒子工艺制备以聚合物为基底的氧化锌纳米线网络晶体管，应用物理快报，2008，92：154102)中记载了：利用水热法，以氧化锌纳米颗粒作为种子，将其浸没在含有硝酸锌和六亚甲基四胺的水溶液中，也可制得氧化锌纳米线薄膜，但此薄膜中的纳米线并不是平铺在基底上，而是斜立着，因此用此纳米线薄膜制备器件，沟道电流会比较小。因此，有必要发展一种工艺简单、成本低廉、操作方便、高效的制备高质量氧化锌纳米线薄膜的方法，这将是制造纳米线薄膜器件的关键。

发明内容

[0004] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种实现氧化锌纳米线自组装的方法，该方法简单、方便、高效，制备得到的氧化锌纳米线薄膜适宜制备高质量器件。

[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过将硅片表面依次进行羟基化和氨基化处理后，浸泡于经十二烷基硫酸钠进行表面修饰后的氧化锌纳米线分散液，实现自组装。

[0006] 所述的羟基化是指：配制浓度30wt％硫酸溶液和浓度98wt％的双氧水溶液的混合溶液，其体积比为2.5∶1，将清洗好的硅片放入该溶液中，在90℃下煮2～3小时，煮完之后将硅片取出并用去离子水反复清洗，最后将硅片放入去离子水中，在80℃条件下煮20～30分钟后，取出用氮气吹干。

[0007] 所述的氨基化是指：在去离子水中加入3-氨丙基二乙氧基硅烷，并进行超声处理10分钟，之后将羟基化的硅片放入其中静置10～15小时，静置结束后加热至80℃并保持
1～2小时，接着取出硅片并清洗，最后将硅片真空退火。

[0008] 所述的3-氨丙基二乙氧基硅烷的用量为每100毫升去离子水中加入1～4毫升的3-氨丙基二乙氧基硅烷。

[0009] 所述的真空退火的温度为120～180℃，退火时间为10～20小时。

[0010] 所述的表面修饰是指：将氧化锌纳米线放入去离子水中，同时向去离子水中添加十二烷基硫酸钠，并进行超声处理，使氧化锌纳米线在溶液中均匀分散，并使纳米线在十二烷基硫酸钠的修饰下表面带上负电。

[0011] 所述的氧化锌纳米线的用量为每100毫升去离子水加入1～3毫克。

[0012] 所述的十二烷基硫酸钠的用量为每100毫升去离子水中加入0.01～0.10克十二烷基硫酸钠。

[0013] 所述的超声处理的时间为2～4小时。

[0014] 本发明的工作原理是：氧化锌纳米线经十二烷基硫酸钠修饰后表面带上负电。硅片表面经3-氨丙基二乙氧基硅烷处理后，表面存在氨基功能团，在水中氨基功能团带上正电。因此，在去离子水中，带负电的氧化锌纳米线受到硅片表面带正电氨基功能团的静电吸引，实现了氧化锌纳米线在硅片表面的自组装。

[0015] 本发明的有益效果是：利用自组装实现了氧化锌纳米线在硅片表面的均匀分布，均匀分布的纳米线可用于制备高质量的薄膜器件。

附图说明

[0016] 图1是本发明实施例1的氧化锌纳米线自组装的扫描电镜图片。

具体实施方式

[0017] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0018] 实施例1

[0019] 第一步，硅片清洗。首先，将带有二氧化硅绝缘层的硅片放入50毫升乙醇中，进行超声清洗10分钟，取出用氮气吹干；接着，将硅片放入50毫升丙酮中，进行超声清洗10分钟，取出用氮气吹干；最后将硅片放入100毫升去离子水中，进行超声清洗10分钟，取出用氮气吹干。

[0020] 第二步，硅片表面的羟基化。配制硫酸(浓度98％)和双氧水(浓度30％)体积比为2.5∶1的溶液，将清洗好的硅片放入该溶液中，在90℃条件下煮2.5小时，煮完之后将硅片取出并用去离子水反复清洗。最后，将硅片放入去离子水中，在80℃下煮20分钟后，取出用氮气吹干。

[0021] 第三步，硅片表面的氨基化。在50毫升去离子水中加入1毫升3-氨丙基二乙氧基硅烷，并进行超声处理10分钟，之后将羟基化的硅片放入其中静置10小时。静置结束后加热至80℃并保持1小时，接着取出硅片并用乙醇对其反复清洗，用氮气吹干；最后，将硅片在150℃高温条件下，进行真空退火10小时。

[0022] 第四步，氧化锌纳米线的表面修饰。将5毫克氧化锌纳米线放入250毫升去离子水中，同时向去离子水中添加100毫克十二烷基硫酸钠，之后进行超声处理3小时，使氧化锌纳米线在溶液中均匀分散。

[0023] 第五步，氧化锌纳米线的自组装。上述氧化锌纳米线的水溶液静置40分钟后，取其上清液180毫升。将表面氨基化的硅片放入该上清液中，20℃下静置10小时后取出，并用去离子水反复清洗硅片，最后用氮气吹干。图一是氧化锌纳米线在硅片表面自组装的扫描电镜图片。

[0024] 实施例2

[0025] 第一步，硅片清洗。首先，将带有二氧化硅绝缘层的硅片放入50毫升乙醇中，进行超声清洗10分钟，取出用氮气吹干；接着，将硅片放入50毫升丙酮中，进行超声清洗10分钟，取出用氮气吹干；最后将硅片放入100毫升去离子水中，进行超声清洗10分钟，取出用氮气吹干。

[0026] 第二步，硅片表面的羟基化。配制硫酸(浓度98％)和双氧水(浓度30％)体积比为2.5∶1的溶液，将清洗好的硅片放入该溶液中，在90℃条件下煮2小时，煮完之后将硅片取出并用去离子水反复清洗。最后，将清洗的硅片放入去离子水中，在80℃条件下煮25分钟后，取出用氮气吹干。

[0027] 第三步，硅片表面的氨基化。在50毫升去离子水中加入0.5毫升3-氨丙基二乙氧基硅烷，并进行超声处理10分钟，之后将羟基化的硅片放入其中静置12小时。静置结束后加热至80℃并保持1.5小时，接着取出硅片并用去离子水对其反复清洗，用氮气吹干；最后，将硅片在180℃高温条件下，进行真空退火12小时。

[0028] 第四步，氧化锌纳米线的表面修饰。将2毫克氧化锌纳米线放入200毫升去离子水中，同时向去离子水中添加20毫克十二烷基硫酸钠，之后进行超声处理2小时，使氧化锌纳米线在溶液中均匀分散。

[0029] 第五步，氧化锌纳米线的自组装。上述氧化锌纳米线的水溶液静置35分钟后，取其上清液150毫升。将表面氨基化的硅片放入该上清液中，在45℃静置24小时后取出硅片，并用去异丙醇反复清洗，最后用氮气吹干。

[0030] 实施例3

[0031] 第一步，硅片清洗。首先，将带有二氧化硅绝缘层的硅片放入50毫升乙醇中，进行超声清洗10分钟，取出用氮气吹干；接着，将硅片放入50毫升丙酮中，进行超声清洗10分钟，取出用氮气吹干；最后将硅片放入100毫升去离子水中，进行超声清洗10分钟，取出用氮气吹干。

[0032] 第二步，硅片表面的羟基化。配制硫酸(浓度98％)和双氧水(浓度30％)体积比为2.5∶1的溶液，将清洗好的硅片放入该溶液中，在90℃条件下煮3小时，煮完之后将硅片取出并用去离子水反复清洗。最后，将清洗的硅片放入去离子水中，在80℃条件下煮30分钟后，取出用氮气吹干。

[0033] 第三步，硅片表面的氨基化。在50毫升去离子水中加入2毫升3-氨丙基二乙氧基硅烷，并进行超声处理10分钟，之后将羟基化的硅片放入其中静置15小时。静置结束后加热至80℃并保持2小时，接着取出硅片并用丙酮对其反复清洗，用氮气吹干；最后，将硅片在120℃高温条件下，进行真空退火20小时。

[0034] 第四步，氧化锌纳米线的表面修饰。将6毫克氧化锌纳米线放入200毫升去离子水中，同时向去离子水中添加200毫克十二烷基硫酸钠，之后进行超声处理4小时，使氧化锌纳米线在溶液中均匀分散。

[0035] 第五步，氧化锌纳米线的自组装。上述氧化锌纳米线的水溶液静置50分钟后，取其上清液150毫升。将表面氨基化的硅片放入该上清液中，在70℃静置30分钟后取出硅片，并用去乙醇反复清洗，最后用氮气吹干。

[0036] 实施例4

[0037] 第一步，硅片清洗。首先，将带有二氧化硅绝缘层的硅片放入50毫升乙醇中，进行超声清洗10分钟，取出用氮气吹干；接着，将硅片放入50毫升丙酮中，进行超声清洗10分钟，取出用氮气吹干；最后将硅片放入100毫升去离子水中，进行超声清洗10分钟，取出用氮气吹干。

[0038] 第二步，硅片表面的羟基化。配制硫酸(浓度98％)和双氧水(浓度30％)体积比为2.5∶1的溶液，将清洗好的硅片放入该溶液中，在90℃条件下煮2.5小时，煮完之后将硅片取出并用去离子水反复清洗。最后，将清洗的硅片放入去离子水中，在80℃条件下煮30分钟后，取出用氮气吹干。

[0039] 第三步，硅片表面的氨基化。在50毫升去离子水中加入1.5毫升3-氨丙基二乙氧基硅烷，并进行超声处理10分钟，之后将羟基化的硅片放入其中静置15小时。静置结束后加热至80℃并保持2小时，接着取出硅片并用异丙醇对其反复清洗，用氮气吹干；最后，将硅片在160℃高温条件下，进行真空退火13小时。

[0040] 第四步，氧化锌纳米线的表面修饰。将4毫克氧化锌纳米线放入200毫升去离子水中，同时向去离子水中添加160毫克十二烷基硫酸钠，之后进行超声处理4小时，使氧化锌纳米线在溶液中均匀分散。

[0041] 第五步，氧化锌纳米线的自组装。上述氧化锌纳米线的水溶液静置40分钟后，取其上清液150毫升。将表面氨基化的硅片放入该上清液中，在60℃静置6小时后取出硅片，并用去离子水反复清洗，最后用氮气吹干。