一种双面氧化锌纳米梳的制备方法

摘要

本发明公开了一种双面氧化锌纳米梳的制备方法，其步骤如下：一、将超声清洗干净的衬底用氮气吹干后，在其上溅射一层金属Al膜作为水热反应的Al源；二、在沉积有Al膜的衬底上溅射一层厚度约为25~50 nm的氧化锌种子层；三、将沉积有Al膜和氧化锌种子层的衬底竖直放入装有硝酸锌和氨水的混合溶液的反应釜中进行水热反应；四、反应结束后，自然冷却至室温，取出衬底，用去离子水冲洗并在室温下干燥，衬底表面的产物即为双面氧化锌纳米梳。本发明通过对氧化锌种子层厚度的调控，采用一步水热反应，制备出了双面氧化锌纳米梳、氧化锌纳米片和氧化锌纳米棒阵列结构，该方法具有操作简单、可控性强、成本低等优点，适用于大面积生长，且可应用于多种衬底，具有很高的实用价值和应用前景。

权利要求

1.一种双面氧化锌纳米梳的制备方法，其特征在于所述方法如下步骤：一、将超声清洗干净的衬底用氮气吹干后，在其上溅射一层金属Al膜作为水热反应的Al源；

二、在沉积有Al膜的衬底上溅射一层氧化锌种子层；所述氧化锌种子层厚度为25~

50nm；

三、将沉积有Al膜和氧化锌种子层的衬底竖直放入装有硝酸锌和氨水的混合溶液的反应釜中进行水热反应；

四、反应结束后，自然冷却至室温，取出衬底，用去离子水冲洗并在室温下干燥，衬底表面的产物即为双面氧化锌纳米梳结构，所述双面氧化锌纳米梳结构为三维结构，由二维氧化锌纳米片和一维氧化锌纳米棒组装而成。

2.根据权利要求1所述的双面氧化锌纳米梳的制备方法，其特征在于所述衬底为Si、ITO、FTO中的一种。

3.根据权利要求1所述的双面氧化锌纳米梳的制备方法，其特征在于所述硝酸锌和氨水的混合溶液的配制方法如下：将1 1.4ml体积含量25%的氨水滴加于浓度为0.03~ ~

0.06mol/L的硝酸锌溶液中，充分搅拌。

4.根据权利要求1所述的双面氧化锌纳米梳的制备方法，其特征在于所述水热反应温度为80 110℃，时间为1 6小时。

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说明书

一种双面氧化锌纳米梳的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于半导体纳米材料制备技术领域，涉及一种简单的制备双面氧化锌纳米梳的方法。

背景技术

[0002] 氧化锌是一种重要的半导体金属氧化物，其禁带宽度为3.37 eV，室温下的激子束缚能为60 meV，这使得氧化锌在室温下可以获得高效的受激发射，具有十分优良的光学和电学性能。氧化锌在压电材料、图像记录材料、染料敏化太阳能电池和气体传感器等领域有十分广泛的应用。氧化锌材料的形貌和尺寸是十分丰富的，并且纳米氧化锌材料的形貌以及尺寸对其性能有着很大的影响。因此，研究控制合成不同形貌的纳米氧化锌材料引起了人们越来越多的兴趣和重视。

[0003] 在过去的几十年里，人们对纳米氧化锌材料的研究多集中在一维结构的纳米棒、纳米线、纳米管等和二维结构的纳米片、纳米带等。近年来，由一维和二维的结构单元组装而成的三维氧化锌纳米梳结构，不仅具有一维或二维结构单元的特点，同时还具有自身独特的性质，如比表面积大，且不易团聚，因而在气敏、光催化和光电探测等领域上有着重要的应用前景，受到了广泛的关注。因此，控制合成三维氧化锌纳米材料在基础研究和实际应用上都具有重要的意义。

[0004] 现有的三维氧化锌纳米梳的制备方法大多需要两步水热反应，有的合成方法甚至需要高温、高压或者使用贵金属作为辅助材料。这些制备氧化锌纳米梳的方法所需的成本高，合成时间长且工艺复杂不易控制，限制了其发展。因此，一步水热法合成制备三维结构的氧化锌纳米梳具有非常重要的意义。对于通过控制氧化锌种子层厚度来制备双面氧化锌纳米梳结构的方法还没有报道过。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种简单的双面氧化锌纳米梳的制备方法，通过调控氧化锌种子层的厚度，采用水热法首次在多种衬底上制备出了双面氧化锌纳米梳，具有操作简单、可控性强、成本低等优点，适用于大面积生长，具有很高的实用价值和应用前景。

[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0007] 一种双面氧化锌纳米梳的制备方法，包括如下步骤：

[0008] 一、将衬底进行超声清洗，放在乙醇中备用；

[0009] 二、将超声清洗干净的衬底用氮气吹干后，在其上溅射一层金属Al膜作为水热反应的Al源；

[0010] 三、在沉积有Al膜的衬底上溅射一层厚度约为25 50 nm的氧化锌种子层；~

[0011] 四、将沉积有Al膜和氧化锌种子层的衬底竖直放入装有硝酸锌和氨水的混合溶液的反应釜中进行水热反应；

[0012] 五、反应结束后，自然冷却至室温，取出衬底，用去离子水冲洗并在室温下干燥，衬底表面的产物即为双面氧化锌纳米梳。

[0013] 上述方法中，所述衬底为Si、ITO、FTO中的一种。

[0014] 上述方法中，所述硝酸锌和氨水的混合溶液的配制方法如下：将1 1.4 ml体积含~量25%的氨水滴加于浓度为0.03 0.06 mol/L的硝酸锌溶液中，充分搅拌。
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[0015] 上述方法中，所述硝酸锌和氨水的混合溶液在反应釜中的填充体积为60 80%。~

[0016] 上述方法中，所述硝酸锌、氨水和乙醇的纯度均不低于分析纯。

[0017] 上述方法中，所述水热反应温度为80 110 ℃，时间为1 6小时。~ ~

[0018] 上述方法中，所述双面氧化锌纳米梳为三维结构，由二维氧化锌纳米片和一维氧化锌纳米棒组装而成。

[0019] 本发明首次采用在沉积有Al膜的Si衬底上沉积氧化锌种子层，通过对种子层厚度的调控，以硝酸锌和氨水为原料，通过水热反应实现双面氧化锌纳米梳结构的制备。该技术简单，操作方便，成本低廉。通过同样的方法在ITO衬底和FTO衬底上也制备出了双面氧化锌纳米梳结构，表明本方法对衬底具有普适性，可以在实际应用中推广应用到更多的衬底上。

[0020] 相比于现有方法，本发明具有如下优点：

[0021] 1、本发明通过对氧化锌种子层厚度的调控，采用一步水热反应，制备出了双面氧化锌纳米梳、氧化锌纳米片和氧化锌纳米棒阵列结构。

[0022] 2、本发明具有设备简单、操作易行、成本低廉等特点。

[0023] 3、本发明制备出的双面氧化锌纳米梳为三维结构，由一维的氧化锌纳米棒阵列和二维的氧化锌纳米片组装而成，有较大的比表面积。

[0024] 4、本发明可以推广应用到更多的衬底上，在实际应用中有重要意义。

附图说明

[0025] 图1为Si衬底上双面氧化锌纳米梳的扫描电镜（SEM）图；

[0026] 图2为Si衬底上氧化锌纳米片的扫描电镜（SEM）图；

[0027] 图3为Si衬底上氧化锌纳米棒阵列的扫描电镜（SEM）图；

[0028] 图4为Si衬底上不同氧化锌结构的X光衍射（XRD）图，图中：（a）氧化锌纳米片、（b）双面氧化锌纳米梳、（c）氧化锌纳米棒阵列；

[0029] 图5为ITO衬底上双面氧化锌纳米梳的扫描电镜（SEM）图。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

[0031] 实施例1：Si衬底上双面氧化锌纳米梳的合成

[0032] 1）将Si衬底依次在丙酮、无水乙醇以及去离子水中各超声清洗10 min后，浸泡在乙醇中待用。

[0033] 2）将超声处理过的Si衬底用氮气吹干，通过磁控溅射的方法在Si衬底上沉积一定厚度的金属Al膜。

[0034] 3）通过磁控溅射技术在沉积有Al膜的Si衬底上再溅射一层厚度为25 nm的氧化锌种子层。

[0035] 4）将1.2 ml体积含量为25%的氨水滴加于浓度为0.05 mol/L的硝酸锌溶液中，并充分搅拌后转入反应釜中，填充体积为75%。

[0036] 5）将步骤3）得到的沉积有Al膜和氧化锌种子层的Si衬底竖直放入反应釜中，密封好；在95 ℃的条件下水热反应2小时。

[0037] 6）反应结束后，自然冷却至室温，取出衬底，用去离子水冲洗并在室温下干燥，衬底表面的产物即为双面氧化锌纳米梳。

[0038] 用扫描电镜对样品形貌进行表征，结果显示氧化锌纳米棒阵列均匀垂直的分布在氧化锌纳米片两侧，形成双面氧化锌纳米梳结构（如图1），氧化锌纳米棒的平均长度约为1.4 μm，直径约为120 nm，而氧化锌纳米片的平均直径约为3 μm，厚度约为150 nm。

[0039] 实施例2：Si衬底上氧化锌纳米片的合成

[0040] 本实施例与实施例1不同的是，在Si衬底上沉积相同厚度的金属Al膜后，不沉积氧化锌种子层，其它条件保持一致。SEM表征结果显示水热生长的样品形貌为直径约2.5 μm，厚度约120 nm的氧化锌纳米片结构（如图2）。

[0041] 实施例3：Si衬底上氧化锌纳米棒阵列的合成

[0042] 本实施例与实施例1不同的是，在Si衬底上沉积相同厚度的金属Al膜后，再沉积厚度约为100 nm的氧化锌种子层，其它条件保持一致。SEM表征结果显示水热生长的样品形貌为平均直径为200 nm的氧化锌纳米棒阵列（如图3）。

[0043] 图4为氧化锌纳米片、双面氧化锌纳米梳和氧化锌纳米棒阵列的XRD图谱。从图4中可以看出，双面氧化锌纳米梳结构既具有氧化锌纳米片(100)和(101)两个特征峰，同时还具有氧化锌纳米棒(002)的特征峰，说明双面氧化锌纳米梳结构是由氧化锌纳米片和氧化锌纳米棒阵列组装而成的。

[0044] 实施例4：ITO衬底上双面氧化锌纳米梳的合成

[0045] 本实施例与实施例1不同的是，将Si衬底换为ITO衬底，其它具体步骤与实施例1相同。SEM结果显示水热生长的样品形貌同样为双面氧化锌纳米梳结构（如图5）。

[0046] 实施例5：FTO衬底上双面氧化锌纳米梳的合成

[0047] 本实施例与实施例1不同的是，将Si衬底换为FTO衬底，其它具体步骤与实施例1相同，水热生长的样品形貌为双面纳米梳结构。