CN101798105A - 一种在ITO PET薄膜上生长ZnO纳米棒阵列的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在柔性氧化铟锡导电聚酯薄膜(ITO PET)上制备ZnO纳米棒阵列(ZnO-NRDs)的制备工艺，先利用磁控溅射设备在柔性ITO PET上预制备ZnO种晶，再用低温液相法大面积生长出ZnO-NRDs，这种制备工艺不仅很好地解决了无法直接在ITO PET上生长ZnO-NRDs的问题，还可以根据需要调控ZnO-NRDs的疏密度和与基底粘附力。本发明在ITO PET上制备出的一维ZnO-NRDs，可广泛应用于纳米电子、纳米光电子，尤其是柔性电致变色器件等许多领域。
Description
技术领域
本发明属于氧化物微结构材料及低温液相法制备技术领域，具体涉及一种首先使用磁控溅射技术在柔性氧化铟锡导电聚酯薄膜(ITOPET)上预制氧化锌(ZnO)种晶，再用低温液相法生长ZnO纳米棒阵列(ZnO-NRDs)的制备工艺。
背景技术
近年来，电致变色器件，尤其是具有轻而薄、耐用、低功耗、能弯曲的柔韧性电致变色显示器，在“智能显示窗、电子图书、电子报纸和电子广告牌，特别是一些特殊需要的军事和高科技领域”被广泛研究，寻找导电性能强和对变色材料吸附能力强的柔性工作电极材料是研制高性能柔性电致变色器件的重要环节之一，已有大量的文献报道(如参考文献：X.W.Sun and J.X.Wang.Fast switchingelectrochromic display using a viologen-modified ZnO nanowirearray electrode.Nano Lett.，2008，8(7)：1884)。其中，ZnO作为无毒、有较宽能隙(Eg＝3.39eV)的N型半导体材料，早已成为人们普遍关注的最重要的多功能半导体材料之一，而一维的半导体ZnO纳米结构，如纳米线、纳米棒、纳米管结构，由于其具有较大的比表面积、较高的晶化程度和良好的电子传输能力，更使其成为纳米电子、纳米光电子，电致变色器件最理想的材料之一(如参考文献：JinpingLiu，Xintang Huang，Yuanyuan Li，et al.Vertically aligned 1D ZnOnanostructures on bulk alloy substrates：direct solutionsynthesis，photoluminescence，and dield emission.J.Phys.Chem.C 2007，111(13)：4990)，例如，已有人成功在玻璃基ITO PET上生长出ZnO纳米棒阵列，并以此作工作电极研制成电致变色器件(见上述文献)，也有人用其它柔软基底研制出柔性电致变色器件(如参考文献：Chao Ma，Minoru Taya，Chunye Xu.Flexible electrochromic device based on poly(3，4-(2，2-dimethylpropylenedioxy)thiophene).Electroch.Acta.，2008，54(2)：598；Cristina Pozo-Gonzaloa，David Mecerreyes，JoseA.Pomposo，et al.All-plastic electrochromic devices based onPEDOT as switchable optical attenuator in the near IR.SolarEnergy Mater.&Solar Cells.92(2008)：101-106)。但是，迄今为止使用柔性ITO PET导电薄膜为衬底，在其上生长出导电性好ZnO纳米阵列材料，并以此阵列作为工作电极，研制成柔性电致变色器件的工作尚未见报道，因为通常情况下ZnO纳米阵列材料很难直接生长于ITO PET导电薄膜上去。
发明内容
本发明提供一种在ITO PET柔性导电膜上制备ZnO纳米棒阵列(ZnO-NRDs)的制备工艺，首先通过选配恰当的磁控溅射控制条件在导电性能较好的柔性ITO PET薄膜上预制备出密度和嵌入深度都可控的ZnO种晶；然后，采用低温液相法以硝酸锌和六亚钾基四胺为反应物，在上述预制备有ZnO种晶的ITO PET薄膜上，采用较好的实验控制条件大面积生长疏密度和与基底粘附力合适的ZnO纳米棒阵列(ZnO-NRDs)。
本发明的具体工艺步骤如下：
(1).将清洗好的ITO PET薄膜(厚度介于0.2mm～0.5mm均可)衬底置于磁控溅射室的样品台上，置压制并烧结好的ZnO陶瓷靶材于溅射室内靶台上，用挡板隔离靶村与衬底；
(2).正常操作磁控溅射设备，将靶-基间距设置在500mm～600mm之间，溅射室真空度抽至≤3×10-3Pa；
(3).根据欲预制备ZnO种晶的密度和嵌入深度选配溅射控制参数：将工作气氛压控制在0.4Pa～0.6Pa范围内，工作频率设13.56MHz，气流量控制在9sccm～19sccm范围内，Ua控制在52×10V～57×10VI范围内，溅射功率设为48W～58W范围内任意值，溅射时间可取为60s～120s(秒)之间任意值；
(4).在更换样品时注意保留一定时间间隔，确保溅射室没有较大升温积累，考虑到衬底是ITO PET薄膜，耐温≤95℃；
(5).ZnO种晶溅射完毕，正常关闭溅射设备，取出样品；
(6).根据需要确定二次蒸馏水的数量，取硝酸锌约为0.05M(摩尔/升)，六亚钾基四胺约为0.045M～0.065M范围内任意浓度，在烧杯中配制出所需ZnO-NRDs生长溶液；
(7).采用低温液相法，将预制备有ZnO种晶的ITO PET薄膜悬浮于配制好的生长溶液的烧杯中，一并置于水浴锅中生长ZnO-NRDs；
(8).根据所需密度的ZnO-NRDs选定生长时间(可取18h～26h(小时)范围内任意值)和水浴温度(可取65℃～90℃范围内任意值)。ZnO-NRDs的密度和长度随着生长时间和水浴温度增加而增加，反之减少。生长完毕后自然冷却至室温；
(9).取出生长好的样品，用清水冲洗，晾干便可得到疏密度合适和与基底粘附力强的ZnO纳米棒阵列。
本发明的具体工艺步骤(1)中提到的ZnO陶瓷靶是选用纯度99.99％的ZnO粉末经压制并经1200℃以上高温烧结而成的。
本发明的主要技术优点在于：
通常情况下，使用一步法无法直接在ITO PET导电薄膜上生长出ZnO纳米阵列，先利用磁控溅射设备在柔性ITO PET导电薄膜预制备ZnO种晶，再用低温液相法生长出导电性好ZnO纳米阵列材料，这种“两步法”不仅能够解决无法在ITO PET导电薄膜上直接生长出ZnO纳米阵列的问题，而且还可以根据需要利用靶-基间距、溅射功率、溅射种晶时间等参数调控种晶的密度和嵌入深度，进而可以控制ZnO纳米棒阵列生长的疏密度和与基底粘附力。
本发明的成品优点在于：
本发明在ITO PET导电薄膜上制备出的疏密度可控和取向性良好的无毒、有较宽能隙(Eg＝3.39eV)一维ZnO纳米阵列材料，由于其具有较大的比表面积、较高的晶化程度和良好的电子传输能力，更使其成为纳米电子、纳米光电子材料之一，尤其是用它可研制成柔性电致变色器件最理想的工作电极，为需要弯曲的“智能显示窗、电子图书、电子报纸和电子广告牌”等领域的研究工作提供了一种很好的解决方案。
附图说明
图1是ITO PET柔性薄膜上生长ZnO纳米棒阵列的制备工艺流程图。图中：1、PET柔性基底，2、ITO导电层，3、利用磁控溅射预制备的ZnO种晶，4、ZnO种晶层，5竖直取向ZnO纳米棒阵列，6、ITOPET及ZnO纳米棒阵列。
图2是一个用本发明制备工艺在ITO PET上制备出的ZnO纳米棒阵列样品20000倍的场发射扫描电子显微镜(FESEM)形貌照片，右上插图是其中一根(见椭圆小圆圈内)放大16万倍的、典型的、六角形ZnO纳米棒的FESEM照片。样品中ZnO纳米棒阵列具有极高的C-轴取向、很好的疏密度，并且从剖面图来看纳米棒阵列与基底粘附性好。
图3是根据本发明的一个优选实施例生长出的ZnO-NRDs优选样品的X-射线衍射(XRD)谱线图，表明阵列呈现高度C-轴取向特征。
具体实施方式
采用较佳实验控制条件生长疏密度和与基底粘附力较好的ZnO纳米棒阵列的具体实施例：
1、将用酒精清洗并晾干后的ITO PET薄膜衬底置于磁控溅射室的样品台上，置压制并烧结好的ZnO陶瓷靶材于溅射室内靶台上，用挡板隔离靶村与衬底；
2、将靶-基间距控制在550mm，溅射室真空度抽至≤3×10-3Pa；
3、将溅射控制参数设置为，用氩气作工作气体，并将氛压控制在0.5Pa，工作频率设13.56MHz，气流量控制在15sccm范围内，Ua控制在55×10V，溅射功率设为52W，溅射种晶时间选定为80s；
4、在更换样品时注意保留一定时间间隔，确保溅射室没有较大升温积累，考虑到衬底是ITO PET薄膜，耐温≤95℃；
5、ZnO种晶溅射完毕后，正常关闭溅射设备，取出样品；
6、取二次蒸馏水200mm，加入六水硝酸锌3.004g与六亚钾基四胺1.414g充分混合，配制出所需ZnO-NRDs生长溶液；
7、将预溅射有ZnO种晶的ITO PET薄膜悬浮于配制好的ZnO生长溶液的烧杯中，一并置于水浴锅中，水浴液温度设为75℃，保持20h；
8、ZnO-NRDs生长完毕后，自然冷却至室温；
9、取出生长好的样品，用清水冲洗，晾干便可得到疏密度合适和与基底粘附力强的ZnO纳米棒阵列。
本实施例工艺步骤6中所用的六水硝酸锌和六亚钾基四胺采用分析纯化学药品，并且纯度均≥99.0％；
本实施例在ITO PET上生长出的ZnO纳米棒阵列样品在场发射扫描电子显微镜上拍摄形貌照片如图2所示，插图是其中一根典型的、六角形ZnO纳米棒的FESEM照片。样品中ZnO纳米棒阵列具有极高的C-轴取向、很好的疏密度，并且从剖面图可以看出纳米棒阵列与基底粘附性好。
Claims (4)
1.一种在ITO PET薄膜上生长ZnO纳米棒阵列的制备工艺，其特征在于：
a.通过选配磁控溅射控制条件在柔性氧化铟锡导电聚酯薄膜(ITO PET)上预制备出密度和嵌入深度都可控的氧化锌(ZnO)种晶；
b.采用低温液相法以硝酸锌和六亚钾基四胺为反应物，在上述预制备有ZnO种晶的ITO PET薄膜上，使用选定的实验控制条件大面积生长疏密度和与基底粘附力可控的ZnO纳米棒阵列(ZnO-NRDs)。
2.依据权利要求1所述的一种在ITO PET薄膜上生长ZnO纳米棒阵列的制备工艺，其特征在于：所述的选配磁控溅射控制条件预制备出密度和嵌入深度都可控的ZnO种晶，将靶-基间距设置在500mm～600mm之间任意值，工作气氛压控制在0.4Pa～0.6Pa范围内，工作频率设13.56MHz，气流量控制在9sccm～19sccm范围内，Ua控制在52×10V～57×10V范围内，溅射功率设为48W～58W范围内任意值，溅射时间可取为60s～120s(秒)之间任意值；
3.依据权利要求1所述的一种在ITO PET薄膜上生长ZnO纳米棒阵列的制备工艺，其特征在于：所述的选定的实验控制条件，在二次蒸馏水中，取硝酸锌约为0.05M(摩尔/升)，六亚钾基四胺约为0.045M～0.065M范围内任意浓度，ZnO-NRDs生长时间约为18h～26h(小时)范围内任意值，水浴液温度控制为65℃～90℃范围内任意值。ZnO-NRDs的密度和长度随着生长时间和水浴温度增加而增加，反之减少。
4.依据权利要求1所述的一种在ITO PET薄膜上生长ZnO纳米棒阵列的制备工艺，其特征在于：具体工艺步骤如下：
a).将清洗好的ITO PET薄膜(厚度介于0.2mm～0.5mm均可)衬底置于磁控溅射室的样品台上，置压制并烧结好的ZnO陶瓷靶材(ZnO陶瓷靶选用纯度99.99％的ZnO粉末经压制并经1200℃高温烧结而成)于溅射室内靶台上，用挡板隔离靶村与衬底；
b).正常操作磁控溅射设备，将靶-基间距设置在500mm～600mm之间，溅射室真空度抽至≤3×10-3Pa；
c).根据欲预制备ZnO种晶的密度和嵌入深度选配溅射控制参数：将工作气氛压控制在0.4Pa～0.6Pa范围内，工作频率设13.56MHz，气流量控制在9sccm～19sccm范围内，Ua控制在52×10V～57×10VI范围内，溅射功率设为48W～58W范围内任意值，溅射时间可取为60s～120s之间任意值；
d).在更换样品时注意保留一定时间间隔，确保溅射室没有较大升温积累，考虑到衬底是ITO PET薄膜，耐温≤95℃；
e).ZnO种晶溅射完毕，正常关闭溅射设备，取出样品；
f).根据需要确定二次蒸馏水的数量，取硝酸锌约为0.05M，六亚钾基四胺约为0.045M～0.065M范围内任意浓度，在烧杯中配制出所需ZnO-NRDs生长溶液；
g).采用低温液相法，将预制备有ZnO种晶的ITO PET薄膜悬浮于配制好的生长溶液的烧杯中，一并置于水浴锅中生长ZnO-NRDs；
h).根据所需密度的ZnO-NRDs选定生长时间(可取18h～26h范围内任意值)和水浴温度(可取65℃～90℃范围内任意值)。ZnO-NRDs的密度和长度随着生长时间和水浴温度增加而增加，反之减少。生长完毕后自然冷却至室温；
i).取出生长好的样品，用清水冲洗，晾干便可得到疏密度合适和与基底粘附力强的ZnO纳米棒阵列。
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101974781A (zh) * | 2010-11-08 | 2011-02-16 | 上海大学 | 在常温常压下制备ZnO纳米棒阵列的方法 |
| CN103713473A (zh) * | 2013-12-29 | 2014-04-09 | 陕西师范大学 | 一种利用受限光催化氧化改性ito的方法及其应用 |
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| CN108028182A (zh) * | 2015-09-15 | 2018-05-11 | 慕尼黑科技大学 | 用于制造纳米结构的方法 |
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| CN101974781A (zh) * | 2010-11-08 | 2011-02-16 | 上海大学 | 在常温常压下制备ZnO纳米棒阵列的方法 |
| CN103713473A (zh) * | 2013-12-29 | 2014-04-09 | 陕西师范大学 | 一种利用受限光催化氧化改性ito的方法及其应用 |
| CN105107295A (zh) * | 2015-09-09 | 2015-12-02 | 江苏创云环保科技有限公司 | 一种抗菌阻燃pet骨架及其制备方法和应用 |
| CN108028182A (zh) * | 2015-09-15 | 2018-05-11 | 慕尼黑科技大学 | 用于制造纳米结构的方法 |
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