CN102167391A

CN102167391A - 一种制备氧化锌纳米针阵列的方法

Info

Publication number: CN102167391A
Application number: CN 201110110671
Authority: CN
Inventors: 张志勇; 闫军锋; 游天桂; 李军; 赵武; 贠江妮
Original assignee: Northwest University
Current assignee: Northwest University
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2011-08-31

Abstract

本发明公开了一种制备氧化锌纳米针阵列的方法：取锌片，依次用丙酮、无水乙醇对锌片超声清洗；量取正丁胺溶液置于高压反应釜中，并用去离子水将正丁胺溶液稀释；将锌片浸入到正丁胺溶液中，将高压反应釜密封；将高压反应釜放入烘箱，在90~140℃的某个温度下反应2~10个小时；待高压反应釜自然冷却后，将锌片取出，依次用去离子水和无水乙醇清洗锌片，在空气中干燥后即可在锌片表面获得氧化锌纳米针阵列。本发明采用简单有效、成本低廉的低温水热法，直接在锌片上一步制备出形态均匀的氧化锌纳米针阵列，该阵列具有良好的蓝紫光发射特性。

Description

一种制备氧化锌纳米针阵列的方法

技术领域

本发明涉及一种新型场发射材料的制备方法，特别是一种制备氧化锌纳米针阵列的方法。

背景技术

氧化锌是一种典型的直接带隙宽禁带氧化物半导体材料，它具有以下几个方面的优点：(1) 成本低廉；(2) 制备方法及产物形态结构的多样性；(3) 宽的带隙及高的激子束缚能。以上这些优点使得氧化锌在半导体器件和功能材料领域具有其独特的优势与潜力，尤其是氧化锌纳米针阵列已经在场致发射、太阳能电池、传感器、光电子器件等方面表现出了广阔的应用前景。

近年来，氧化锌纳米针阵列的制备方法可以分为两类：气相法和液相法。气相法的成本比较高，而且需要精密的实验条件，不适合大规模生产。在液相法中，水热法由于其简单、环保，目前已经成为制备氧化锌材料的主流方法之一。然而，用水热法制备氧化锌纳米针阵列的传统思想是基于两步法：先在衬底上制备氧化锌晶种层，然后在水热条件下生长氧化锌阵列。在这种两步法中前一步的氧化锌晶种层的质量对后一步的氧化锌阵列的性能具有很大影响。因此，研究一种简单、实用、能够一步合成氧化锌纳米针阵列的方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种制备氧化锌纳米针阵列的方法，本发明采用简单有效、成本低廉的低温水热法，直接在锌片上一步制备出形态均匀的氧化锌纳米针阵列，该阵列具有良好的蓝紫光发射特性。

为了完成上述技术任务，本发明采用如下技术解决方法：

一种制备氧化锌纳米针阵列的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：取一块锌片，依次用纯度为99.5%的丙酮、纯度为99.7%的无水乙醇对锌片超声清洗30分钟；

步骤2：量取1~3ml的纯度为99.5%的正丁胺溶液置于50ml的有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，并用去离子水将正丁胺溶液稀释至10~20ml；

步骤3：将超声清洗后的锌片浸入到稀释后的正丁胺溶液中，并将高压反应釜密封；

步骤4：将高压反应釜放入烘箱中，在90~140℃范围内的某个确定温度下反应2~10个小时；

步骤5：待高压反应釜自然冷却后，将锌片取出，依次用去离子水和无水乙醇清洗锌片，在空气中干燥后即可在锌片表面获得氧化锌纳米针阵列。

进一步地，该方法还包括：采用X射线衍射（XRD, X-ray Diffraction）、扫描电子显微镜（SEM, Scanning Electron Microscope）、透射电子显微镜（TEM, Transmission Electron Microscope）对步骤5所得样品的结构形态进行表征，并测试所得样品的光致发光（PL, Photoluminescence）特性。

进一步地，所述锌片尺寸为1cm×1.5cm。

附图说明

图1为本发明实施例1的XRD图谱。

图2为本发明实施例2的XRD图谱。

图3为本发明实施例3的XRD图谱。

图4为本发明中氧化锌纳米针典型的TEM照片，其中图4(a)为透射电子显微镜照片，图4(b)为选区电子衍射照片，图4(c)为高分辨透射电子显微镜照片。

图5为实施例1所制备的ZnO纳米针阵列的SEM照片。

图6为实施例2所制备的ZnO纳米针阵列的SEM照片。

图7为实施例3所制备的ZnO纳米针阵列的SEM照片。

图8为本发明中氧化锌纳米针阵列典型的PL谱。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步解释说明。

具体实施方式

本发明的制备氧化锌纳米针阵列的方法，具体包括如下步骤：

步骤1：取一块尺寸为1cm×1.5cm的锌片，该锌片纯度为分析纯，依次用纯度为99.5%的丙酮、纯度为99.7%的无水乙醇对锌片超声清洗30分钟；

步骤3：将超声清洗净的锌片浸入到稀释后的正丁胺溶液中，并将高压反应釜密封；

步骤6：采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）对步骤5所得样品的结构形态进行表征，并测试所得样品的光致发光（PL）特性。

实施例1

取一块尺寸为1cm×1.5cm的分析纯锌片，依次用纯度为99.5%的丙酮、纯度为99.7%的无水乙醇对锌片超声清洗30分钟；量取1ml的纯度为99.5%的正丁胺溶液置于50ml的有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，并用去离子水将正丁胺溶液稀释至10ml；将超声清洗后的锌片浸入到稀释后的正丁胺溶液中，并将高压反应釜密封；将高压反应釜放入烘箱中，在140℃下反应10个小时；待高压反应釜自然冷却后，将锌片取出，依次用去离子水和无水乙醇清洗锌片，在空气中干燥后，即可在锌片表面获得氧化锌纳米针阵列；采用XRD、SEM、TEM对所得样品的结构形态进行表征，并测试所得样品的光致发光特性。

如图1所示，实施例1所制备的产物为六方纤锌矿结构的ZnO，但存在金属Zn成分，这是由衬底Zn片造成的；如图5所示，实施例1所制备的ZnO纳米针的形态均一，分布均匀，其平均长度约为4μm。

如图4所示，图4为本发明实施例1中氧化锌纳米针典型的透射电子显微镜照片，其中图4(a)为透射电子显微镜照片，图4(b)为选区电子衍射照片，图4(c)为高分辨透射电子显微镜照片，从图4(b)可以看出所制备的ZnO纳米针为六方纤锌矿结构的单晶。

实施例2

取一块尺寸为1cm×1.5cm的分析纯锌片，依次用纯度为99.5%的丙酮、纯度为99.7%的无水乙醇对锌片超声清洗30分钟；量取3ml的纯度为99.5%的正丁胺溶液置于50ml的有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，并用去离子水将正丁胺溶液稀释至15ml；将超声清洗后的锌片浸入到稀释后的正丁胺溶液中，并将高压反应釜密封；将高压反应釜放入烘箱中，在120℃下反应6个小时；待高压反应釜自然冷却后，将锌片取出，依次用去离子水和无水乙醇清洗锌片，在空气中干燥后即可在锌片表面获得氧化锌纳米针阵列；采用XRD和SEM对所得样品的结构、形态进行表征。

如图2所示，实施例2制备的产物为六方纤锌矿结构的ZnO，且表现出较明显的取向生长特征，同时产物中存在金属Zn成分，这是由衬底Zn片造成的；如图6所示，实施例2制备的ZnO纳米针的形态均一，分布均匀，其平均长度约为12μm。

实施例3

取一块尺寸为1cm×1.5cm的分析纯锌片，依次用纯度为99.5%的丙酮、纯度为99.7%的无水乙醇对锌片超声清洗30分钟；量取2.5ml的纯度为99.5%的正丁胺溶液置于50ml的有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，并用去离子水将正丁胺溶液稀释至20ml；将超声清洗后的锌片浸入到稀释后的正丁胺溶液中，并将高压反应釜密封；将高压反应釜放入烘箱中，在90℃下反应2个小时；待高压反应釜自然冷却后，将锌片取出，分别依次用去离子水和无水乙醇清洗锌片，在空气中干燥后，即可以锌片表面获得氧化锌纳米针阵列；采用XRD和SEM分别对所得的样品进行结构和形态表征。

如图3所示，实施例3制备的产物为六方纤锌矿结构的ZnO，且表现出明显的取向生长特征，同时产物中存在金属Zn成分，这是由衬底Zn片造成的；如图7所示，实施例3所制备的ZnO纳米针的形态均一，分布均匀，取向性好，其平均长度约为8μm。

图8为本发明中氧化锌纳米针阵列典型的光致发光谱，从图中可以看到，在激发光的波长为325nm的条件下，存在波长为377nm的紫外发光峰和波长为437nm的可见光发光峰。

Claims

1.一种制备氧化锌纳米针阵列的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的制备氧化锌纳米针阵列的方法，其特征在于，该方法还包括：采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对步骤5所得样品的结构形态进行表征，并测试所得样品的光致发光特性。

3.如权利要求1所述的制备氧化锌纳米针阵列的方法，其特征在于，所述锌片规格为1cm×1.5cm。