CN101109070A - 大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法 - Google Patents

大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101109070A
CN101109070A CNA2007100248134A CN200710024813A CN101109070A CN 101109070 A CN101109070 A CN 101109070A CN A2007100248134 A CNA2007100248134 A CN A2007100248134A CN 200710024813 A CN200710024813 A CN 200710024813A CN 101109070 A CN101109070 A CN 101109070A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zinc oxide
large scale
dot matrix
template
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2007100248134A
Other languages
English (en)
Inventor
高远
李爱东
顾正彬
陈延峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University
Original Assignee
Nanjing University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University filed Critical Nanjing University
Priority to CNA2007100248134A priority Critical patent/CN101109070A/zh
Publication of CN101109070A publication Critical patent/CN101109070A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

本发明公开了一种大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法，它包括以下步骤：制备蛋白石结构模板；采用垂直沉积方法或者提拉法在衬底材料上生长组装材料，获得多层或者单层的胶体晶体，得到蛋白石模板；采用RF高真空磁控溅射装置，将制得的蛋白石模板固定在样品托上，靶材为氧化锌；调节样品托架位置使模板与氧化锌靶的距离符合要求；选择合适的生长条件，得到大尺度氧化锌的不同厚度的二维周期半球壳点阵。本发明制备方法简单，成本低，效率高，制备的球壳结构质量高，重复性好，在光栅、光催化和光致发光领域有重要的应用前景。

Description

大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法
技术领域
本发明涉及一种氧化锌材料的制备方法，具体地说是一种大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法。
背景技术
氧化锌(ZnO)是一种重要的宽带隙半导体氧化物材料，具有良好的压电和光电特性，在UV激光器，化学传感器，光电开关，光催化，光致发光领域有着广泛的应用。ZnO室温下能带带隙为3.3eV，激光束缚能高达60meV，在紫外波段具有很强的自由激子发光。再加上原材料资源丰富，价格便宜，对环境无毒无害，适合于薄膜的外延生长，在信息光电领域具有广泛的应用前景，是近年来继GaN之后国际上又一研究热点，各种一维、二维、三维氧化锌结构已经相继被制备出来，如一维的氧化锌纳米带，纳米线结构，三维的反蛋白石氧化锌结构等。而在二维领域，周期性的氧化锌纳米棒、纳米针阵列，多孔的氧化锌周期井结构相继也被制备报道。这些介观尺度的氧化锌结构为制备性能更为优良的器件提供了基础。
球壳结构是近来研究者关注的一种结构，由于球壳结构的特殊形状，它在生物制药方面可以作为新药物的载体，而球壳结构带来的大比面积则可以提高催化剂的效能，各种材料如硫化铋，硫化铟，锗的球壳结构相继被制备。而周期性的球壳结构在调谐带隙光子晶体和全带隙光子晶体领域有巨大的潜力，通过计算研究者发现：当金属球占空比超过一定阈值，则不论什么样的周期结构排列都能产生全带隙，而由于周期性的金属球壳的表面等离激元激发，金属球壳在传感器领域也有巨大的应用潜力。另一方面，通过调节球壳的厚度，还可以调谐光子带隙的位置。由上述可以看到球壳结构在众多领域具有广泛的应用，但至今还未报道氧化锌材料的周期性球壳点阵结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法。该制备方法简单，成本低，效率高，制备的球壳结构质量高，重复性好，在光栅、光催化和光致发光领域有重要的应用前景。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
1)制备蛋白石结构模板；采用垂直沉积方法或者提拉法在衬底材料上生长组装材料，获得多层或者单层的胶体晶体，得到蛋白石模板；
2)采用RF高真空磁控溅射装置，将制得的蛋白石模板固定在样品托上，靶材为氧化锌；调节样品托架位置使模板与氧化锌靶的距离符合要求；
3)生长条件为：磁控设备功率在30～120W之间，沉积气压为1～2Pa，Ar气流量范围为5sccm～30sccm，O2流量范围为2sccm～10sccm，生长时间为5min～90min，得到大尺度氧化锌的不同厚度的二维周期半球壳点阵。
本发明在上述步骤1)中，衬底材料可以是石英片或硅片或ITO玻璃或镀Pt的硅片。衬底材料可以是长方形或正方形，边长在1cm-5cm。组装材料是粒径为100nm～600nm的二氧化硅或粒径为200nm-900nm的聚苯乙烯(PS)单分散微球；且单分散性＜5％。
在上述步骤2)中，模板材料是模板材料是二维或三维聚苯乙烯或二氧化硅微球阵列。。模板距离氧化锌靶的距离在2～12cm之间。如果采用聚苯乙烯微球为模板，生长完毕后在扩散炉中退火，退火温度范围为400℃～800℃，升温速度为2℃/min～10℃/min，升温至目的温度后保持0.5-2小时，即可获得氧化锌的空心半球壳点阵。
本发明中以二维、三维胶体晶体为模板，使用磁控溅射的方法制备了高质量的二维结构的氧化锌半球壳周期阵列。通过去除模板，已经获得大尺度有序的氧化锌的空心半球壳结构。通过控制磁控溅射的时间和使用不同大小微球的蛋白石模板，可以获得不同厚度和不同周期的球壳结构。通过对球壳样品的光学透射测量，发现了样品透射谱图中异常的透射谷。通过对球壳样品的光致发光测量，发现了球壳结构造成的氧化锌缺陷增强的发光效应。本发明方法简单，成本低，效率高，制备的球壳结构质量高，重复性好。制作出来的球壳点阵由于Wood异常在透射光谱上存在一个异常透射谷，球壳厚度和球壳周期对这个透射谷有调谐作用。同时由于球壳的特殊形状造成氧化锌的缺陷发光增强。该方法制备出的球壳结构在光栅领域、光催化、光致发光领域有重要的应用前景。
附图说明
图1是本发明的生长装置示意图；
图2a是采用此方法制备的大面积氧化锌周期性半球壳点阵结构垂直视角图；
图2b是采用此方法制备的大面积氧化锌周期性半球壳点阵结构视角为45°的图；
图3a是球壳点阵退火前的截面照片；
图3b是球壳点阵退火后的截面照片；
图4a是110nm球壳厚度样品的截面照片；
图4b是220nm球壳厚度样品的截面照片；
图4c是270nm球壳厚度样品的截面照片；
图5相同厚度薄膜样品氧化锌和球壳点阵结构氧化锌透射谱退火后比较图；
图6不同球壳厚度样品退火后透射谱比较；
图7相同厚度薄膜样品氧化锌和球壳点阵结构氧化锌光致发光谱比较图。
具体实施方式
一种本发明所述的大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法，它包括以下步骤：图1是本发明的生长装置示意图，其中，1是衬底材料，2是聚苯乙烯胶体晶体，3是氧化锌原子团簇，4是球壳，5是氧化锌靶。
蛋白石结构模板的制备：
衬底材料：石英片，硅片或者ITO玻璃，长方形或正方形(1cm-5cm)。
组装材料：二氧化硅(100nm-600nm)和聚苯乙烯(PS)(200nm-900nm)单分散微球(单分散性＜5％)。
生长过程：使用垂直沉积方法或者提拉法，将衬底浸入微球悬浊液中，随着液面的下降或者衬底的提拉，可以获得多层或者单层的胶体晶体(蛋白石)模板。
二维周期氧化锌半球壳点阵的制备：
模板材料：二维、三维PS微球、二氧化硅微球胶体晶体(蛋白石)模板。
生长工艺：使用RF高真空磁控溅射装置，如图1所示，将模板固定在样品托上，调节样品托架位置使模板距离氧化锌靶的距离在2-12cm之间，磁控设备RF功率在30-120W之间，沉积气压0.1-10Pa，Ar气流量范围为5sccm-30sccm，O2流量范围为2sccm-10sccm，在这样的生长条件下生长5min-90min，即可得到氧化锌的不同厚度的半球壳周期点阵结构。如果使用PS微球为模板，在生长完毕后通过在扩散炉中退火，退火温度范围为400℃-800℃，升温速度为2℃/min-10℃/min，升温至目的温度后保持半小时，即可以获得氧化锌的空心半球壳点阵结构。
本发明采用一种简便可行的方法，利用胶体晶体为模板，使用磁控溅射技术，成功地生长了氧化锌的大面积高质量的周期性半球壳点阵(厘米尺度)，见图2。该方法简单，成本低，效率高，制备的球壳结构质量高，重复性好，制作出来的球壳点阵由于Wood异常在透射光谱上存在一个异常透射谷，球壳厚度和球壳周期对这个透射谷有调谐作用。同时由于球壳的特殊形状造成氧化锌的缺陷发光增强。该方法制备出的球壳结构在光栅领域、光致发光领域有重要的应用背景。

Claims (7)

1.一种大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
1)制备蛋白石结构模板；采用垂直沉积方法或者提拉法在衬底材料上生长组装材料，获得多层或者单层的胶体晶体，得到蛋白石模板；
2)采用RF高真空磁控溅射装置，将制得的蛋白石模板固定在样品托上，靶材为氧化锌；调节样品托架位置使模板与氧化锌靶的距离符合要求；
3)生长条件为：磁控设备功率在30～120W之间，沉积气压为0.1-10Pa，Ar气流量范围为5sccm～30sccm，O2流量范围为2sccm～10sccm，生长时间为5min～90min，得到大尺度氧化锌的不同厚度的二维周期半球壳点阵。
2.根据权利要求1所述的大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法，其特征在于：在步骤1)中，衬底材料是石英片或硅片或ITO玻璃或镀Pt的硅片。
3.根据权利要求1所述的大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法，其特征在于：在步骤1)中，衬底材料是长方形或正方形。
4.根据权利要求1所述的大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法，其特征在于：在步骤1)中，组装材料是粒径为100nm～600nm的二氧化硅或粒径为200nm-900nm的聚苯乙烯单分散微球；且单分散性＜5％。
5.根据权利要求1所述的大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法，其特征在于：在步骤2)中，模板材料是二维或三维聚苯乙烯或二氧化硅微球阵列。
6.根据权利要求1所述的大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法，其特征在于：在步骤2)中，模板距离氧化锌靶的距离在2～12cm之间。
7.根据权利要求1所述的大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法，其特征在于：在步骤2)中，采用聚苯乙烯微球为模板，生长完毕后在扩散炉中退火，退火温度范围为400℃～800℃，升温速度为2℃/min～10℃/min，升温至目的温度后保持0.5-2小时，获得氧化锌的空心半球壳点阵。
CNA2007100248134A 2007-07-02 2007-07-02 大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法 Pending CN101109070A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2007100248134A CN101109070A (zh) 2007-07-02 2007-07-02 大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2007100248134A CN101109070A (zh) 2007-07-02 2007-07-02 大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101109070A true CN101109070A (zh) 2008-01-23

Family

ID=39041326

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2007100248134A Pending CN101109070A (zh) 2007-07-02 2007-07-02 大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101109070A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102311732A (zh) * 2010-07-08 2012-01-11 西北工业大学 一种多孔氧化锌电致发光材料
CN101498631B (zh) * 2009-03-06 2012-11-14 中国科学院力学研究所 一种拉伸试样表面云纹光栅的制作方法
CN103022267A (zh) * 2013-01-14 2013-04-03 厦门大学 一种ZnO球形空壳结构纳米颗粒阵列的制备方法
CN101661808B (zh) * 2009-09-15 2013-08-14 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种多掺杂氧化锌基宽禁带导电材料及其制备方法
CN105908140A (zh) * 2016-04-27 2016-08-31 芜湖真空科技有限公司 Ito玻璃及其制备方法
CN107287568A (zh) * 2017-06-02 2017-10-24 昆明理工大学 一种增强太赫兹波的ZnO纳米阵列的制备方法
CN112426980A (zh) * 2020-11-18 2021-03-02 四川大学 磁响应二维材料气凝胶微球及其制备方法
CN114122415A (zh) * 2021-11-24 2022-03-01 西安交通大学 质子交换膜燃料电池阴极序构催化层及其制备方法和应用

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101498631B (zh) * 2009-03-06 2012-11-14 中国科学院力学研究所 一种拉伸试样表面云纹光栅的制作方法
CN101661808B (zh) * 2009-09-15 2013-08-14 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种多掺杂氧化锌基宽禁带导电材料及其制备方法
CN102311732A (zh) * 2010-07-08 2012-01-11 西北工业大学 一种多孔氧化锌电致发光材料
CN103022267A (zh) * 2013-01-14 2013-04-03 厦门大学 一种ZnO球形空壳结构纳米颗粒阵列的制备方法
CN103022267B (zh) * 2013-01-14 2016-03-02 厦门大学 一种ZnO球形空壳结构纳米颗粒阵列的制备方法
CN105908140A (zh) * 2016-04-27 2016-08-31 芜湖真空科技有限公司 Ito玻璃及其制备方法
CN107287568A (zh) * 2017-06-02 2017-10-24 昆明理工大学 一种增强太赫兹波的ZnO纳米阵列的制备方法
CN107287568B (zh) * 2017-06-02 2019-09-27 昆明理工大学 一种增强太赫兹波的ZnO纳米阵列的制备方法
CN112426980A (zh) * 2020-11-18 2021-03-02 四川大学 磁响应二维材料气凝胶微球及其制备方法
CN114122415A (zh) * 2021-11-24 2022-03-01 西安交通大学 质子交换膜燃料电池阴极序构催化层及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101109070A (zh) 大尺度氧化锌二维周期半球壳点阵的制备方法
Mishra et al. ZnO tetrapod materials for functional applications
Zhang et al. Recent progress on vanadium dioxide nanostructures and devices: Fabrication, properties, applications and perspectives
Tak et al. Controlled growth of well-aligned ZnO nanorod array using a novel solution method
Zhou et al. Nanochannel-assisted perovskite nanowires: from growth mechanisms to photodetector applications
CN104003353B (zh) 金属非紧密排列球形纳米颗粒阵列的制备方法
Zhao et al. Influence of water content in mixed solvent on surface morphology, wettability, and photoconductivity of ZnO thin films
Kim et al. Creation of nanoscale two-dimensional patterns of ZnO nanorods using laser interference lithography followed by hydrothermal synthesis at 90° C
CN102583504B (zh) 制备及调控表面粗化的ZnO纳米锥或纳米棒阵列的方法
Lu et al. Controllable electrochemical synthesis of hierarchical ZnO nanostructures on FTO glass
Syed Zahirullah et al. Structural and optical properties of Cu-doped ZnO nanorods by silar method
Cho et al. Formation of amorphous zinc citrate spheres and their conversion to crystalline ZnO nanostructures
CN100497179C (zh) 一种溶液法制备不同形貌纳米氧化锌薄膜的方法
Ramgir et al. Micropencils and microhexagonal cones of ZnO
CN108023017A (zh) 一种有机无机复合钙钛矿材料的单晶薄膜及其制备方法和应用
CN102556952A (zh) 金属杯-柱复合纳米结构阵列及其制备方法
Lin et al. ZnO and ε-Zn (OH) 2 composite nanoparticles by pulsed laser ablation on Zn in water
CN102092774B (zh) 一种氧化锌纳米线阵列的制备方法
Lee et al. Tunable arrays of ZnO nanorods and nanoneedles via seed layer and solution chemistry
CN103241959A (zh) 一种Na掺杂ZnO纳米棒阵列的制备方法
Mukherjee et al. Band gap tuning and room-temperature photoluminescence of a physically self-assembled Cu2O nanocolumn array
CN101122020A (zh) 一种大面积纳米氧化锌定向阵列的制备方法
Apeh et al. Properties of nanostructured ZnO thin films synthesized using a modified aqueous chemical growth method
CN107557757A (zh) 一种在柔性透明衬底上化学气相沉积生长二硒化钼的方法
He et al. Vertically well-aligned ZnO nanowires generated with self-assembling polymers

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Open date: 20080123