CN102691029B - 一种纳米氧化锌薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米氧化锌薄膜的制备方法，其步骤如下：1)配制浓度为5～100mmol/L的氯铂酸水溶液；2)将锌或铜锌合金进行表面清洗和除氧化膜，浸入步骤1)的氯铂酸水溶液中腐蚀3～60秒，取出晾干，用去离子水清洗被腐蚀表面；3)将步骤2)被腐蚀过的锌或铜锌合金在150～650℃保温10～720分钟，得到在锌或铜锌合金表面制备纳米氧化锌薄膜。本发明的纳米氧化锌薄膜的制备方法，采用氯铂酸对锌箔或者铜锌合金进行侵蚀，通过控制氯铂酸浓度和侵蚀时间，然后对侵蚀后的锌片进行热氧化处理，可以在很低的氧分压下也可制备氧化锌纳米带，特别是能够得到纳米晶组成的纳米墙结构，从而得到了比表面积较大的纳米氧化锌薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米氧化锌薄膜的制备方法，特别是在锌或铜锌合金基体上制备纳米氧化锌薄膜的制备方法，属于纳米材料技术领域。
背景技术
氧化锌是一种宽禁带半导体，在增强光电转化效率方面具有重要的作用，在电子学、光电转化方面，具有很高的研究价值。纳米ZnO还展现出许多特殊的性质，如非迁移性、特有的荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，而且纳米ZnO薄膜在光电探测器、气体传感器、场发射显示器、纳米发电机等方面有着广泛的潜在应用前景[见：Qurashi A，Hossain M F，Faiz M，et al.Fabrication of well-aligned and dumbbell-shaped hexagonal ZnOnanorod arrays and their dye sensitized solar cell applications[J].J Alloy Compd，2010，503(2)：L40-L3.]。
纳米氧化锌不但具有理论意义，而且具有非常重要的实际应用价值。目前有制备纳米氧化锌薄膜的方法包括磁控溅射，脉冲激光沉积，金属有机化合物化学气相淀积，溶胶凝胶等方法。在我们前期的工作中，用热氧化法可以在金属锌表面直接生长ZnO纳米线，但是发现制备出的氧化锌纳米线密度低[见：Xu C H，Lui H F，Surya C.Synthetics of ZnOnanostructures by thermal oxidation in water vapor containing environments[J].Mater Lett，2011，65(1)：27-30.]，特别是当氧分压很低时如工业氮气，用热氧化法在铜锌合金表面很难得到纳米结构的ZnO薄膜，因此其比表面积较小，而且形成的氧化层容易脱落[见：C.H.Xu，Z.B.Zhu，H.F. Lui，C.Surya，S.Q.Shi.The effect of oxygen partial pressure on the growth ofZnO nanostructure on Cu0.62Zn0.38 brass during thermal oxidation[J].Superlattices andMicrostructures 49，2011，408-415.]。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米氧化锌薄膜的制备方法，避免氧化层的脱落，提高纳米氧化锌薄膜的比表面积。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种纳米氧化锌薄膜的制备方法，其步骤如下：
1)配制浓度为5～100mmol/L的氯铂酸水溶液；
2)将锌或铜锌合金进行表面清洗和除氧化膜，浸入步骤1)的氯铂酸水溶液中腐蚀3～60秒，取出晾干，用去离子水清洗被腐蚀表面；
3)将步骤2)被腐蚀过的锌或铜锌合金在150～650℃保温10～720分钟，得到在锌或铜锌合金表面制备纳米氧化锌薄膜。
所述纳米氧化锌薄膜的厚度为5～100nm。
所述锌或铜锌合金为片状。
所述铜锌合金为H62黄铜片(Cu-38Zn)。
步骤3)所述保温的气氛为工业氮气，流速为0.1L/min。
本发明的纳米氧化锌薄膜的制备方法，采用氯铂酸对锌箔或者铜锌合金进行侵蚀，通过控制氯铂酸浓度和侵蚀时间，然后对侵蚀后的锌片进行热氧化处理，可以在很低的氧分压下也可制备氧化锌纳米带，特别是能够得到纳米晶组成的纳米墙结构，从而得到了比表面积较大的纳米氧化锌薄膜。这些独特的纳米结构可以有效的增加对染料等其他材料的吸附能力，并且有很好的传导和电子迁移能力。本发明制备的纳米氧化锌可以制造燃料敏化太阳能电池的光阳极、气体感应器等方面。本发明方法较现有技术条件温和、环境污染小、设备简单、节省成本。
附图说明
图1为实施例1所得的纳米氧化锌薄膜的XRD图谱；
图2为实施例2所得的纳米氧化锌薄膜的SEM照片；
图3为实施例3所得的纳米氧化锌薄膜的SEM照片；
图4为实施例4所得的纳米氧化锌薄膜的SEM照片。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明纳米氧化锌薄膜的制备方法作详细的说明，但不限定本发明的技术方案。其中涉及的氯铂酸、锌片、黄铜片为市售产品。
实施例1
本实施例纳米氧化锌薄膜的制备方法为：
1)配制浓度为10mmol/L的氯铂酸(H2PtCl6·6H2O)水溶液；
2)取厚度为0.3mm的工业H62黄铜片(Cu-38Zn)作为基材，将H62黄铜片剪成大约10mm×10mm大小的形状，然后用水磨砂纸(1000#)分别打磨黄铜的表面，以除去其表层的氧化膜，将打磨好的黄铜片分别放入丙酮、去离子水，先后各超声波清洗10后，再用无水乙醇冲洗干净，自然风干；将清洗好的黄铜片浸入10mmol/L的氯铂酸溶液5秒，黄铜片表面变灰，取出后，待黄铜片自然干燥后用去离子水清洗表面，然后再自然风干，放入平底坩埚中；
3)将S-Y-S管式电阻炉在工业氮气气流速为0.1L/min的气氛中升温至500℃，待炉温升到500℃稳定30分钟，将含有黄铜片的平底坩埚置于炉中，保温3个小时，将黄铜片取出自然冷却至室温，得到以黄铜为基材的一层灰白色纳米氧化锌薄膜。
将得到的纳米氧化锌薄膜放入X射线衍射(XRD)仪中进行衍射，得到图1衍射图谱。XRD分析表明氧化后样品表面的氧化物为六方晶体ZnO，同时还有基体合金Zn0.36Cu0.64的衍射峰，说明纳米氧化锌薄膜与基体合金材料之间已经发生相互渗透，使生成的纳米氧化锌薄膜牢牢的附着在基体的表面，避免了生成的氧化膜容易脱落的问题；另外在工业氮气中仅含有极少量氧气的气氛下，完全能够使得锌氧化成ZnO，从而得到纳米氧化锌薄膜。用扫描电镜观察到的氧化物形貌见图2所示，该氧化锌纳米结构成带状，这些纳米带主要由单晶组成，这些纳米条带的厚度在20-50nm之间，长度处于10-30μm，比表面积较大。
实施例2
本实施例纳米氧化锌薄膜的制备方法为：
1)配制浓度为5mmol/L的氯铂酸(H2PtCl6·6H2O)水溶液；
2)取厚度0.3mm的工业纯锌片，将锌片剪成大约10mm×10mm大小形状，然后用水磨砂纸(1000#)分别打磨锌片的表面，以除去其表层的氧化膜，将打磨好的锌片分别放入丙酮、去离子水，先后各超声波清洗10分钟后，再用无水乙醇冲洗干净，自然风干，将清洗好的锌片浸入5mmol/L的氯铂酸溶液60秒，锌片表面变黑色，取出后，待锌片自然干燥后用去离子水清洗表面，然后再自然风干，放入平底坩埚中；
3)将S-Y-S管式电阻炉在工业氮气气流速为0.1L/min的气氛中升温至150℃，待炉温升到150℃稳定30分钟，将含有锌片的平底坩埚置于炉中，保温720分钟，将锌片取出自然冷却至室温，得到以纯锌片为基材的一层黑色的纳米氧化锌薄膜。
本实施例得到的纳米氧化锌薄膜的X射线衍射谱图与实施例1的基本相同。用扫描电镜观察到氧化物的形貌见图3所示，该氧化锌纳米结构成墙状，这些纳米墙由多晶组成，晶粒的直径在5-100nm之间，比表面积较大。
实施例3
本实施例纳米氧化锌薄膜的制备方法为：
1)配制浓度为100mmol/L的氯铂酸(H2PtCl6·6H2O)水溶液；
2)取厚度0.3mm的工业纯锌片，将锌片剪成大约10mm×10mm大小形状，然后用水磨砂纸(1000#)分别磨锌片的表面，以除去其表层的氧化膜，将打磨好的锌片分别放入丙酮、去离子水，先后各超声波清洗10分钟后，再用无水乙醇冲洗干净，自然风干，将清洗好的锌片浸入100mmol/L的氯铂酸溶液3秒，锌片表面变黑色，取出后，待锌片自然干燥后用去离子水清洗表面，然后再自然风干，放入平底坩埚中；
3)将S-Y-S管式电阻炉在工业氮气气流速为0.1L/min的气氛中升温至650℃，待炉温升到650℃稳定30分钟，将含有锌片的平底坩埚置于炉中，保温10分钟，将锌片取出自然冷却至室温，得到以纯锌片为基材的一层黑色的纳米氧化锌薄膜。
本实施例得到的纳米氧化锌薄膜的X射线衍射谱图与实施例1的基本相同。用扫描电镜观察到的氧化物形貌见图4所示，该氧化锌纳米结构成带状，这些纳米带主要由单晶组成，这些纳米条带的的厚度在10-50nm之间，长度处于10-50μm，比表面积较大。
Claims (4)
1.一种纳米氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
1）配制浓度为5～100mmol/L的氯铂酸水溶液；
2）将锌或铜锌合金进行表面清洗和除氧化膜，浸入步骤1）的氯铂酸水溶液中腐蚀3～60秒，取出晾干，用去离子水清洗被腐蚀表面；
3）将步骤2）被腐蚀过的锌或铜锌合金在150～650℃保温10～720分钟，得到在锌或铜锌合金表面制备纳米氧化锌薄膜；
所述纳米氧化锌薄膜的厚度为5～100nm。
2.根据权利要求1所述的纳米氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于：所述锌或铜锌合金为片状。
3.根据权利要求1或2所述的纳米氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于：所述铜锌合金为H62黄铜片。
4.根据权利要求1所述的纳米氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于：步骤3）所述保温的气氛为工业氮气，流速为0.1L/min。
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| Direct and Large-Area Growth of One-Dimensional ZnO Nanostructures from and on a Brass Substrate;Kaifu Huo et al.;《Journal of Physical Chemistry C》;20070403;第111卷(第16期);第5876-5881页 * |
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| 王瑞祥.锌基合金碱性无氰镀铜.《电镀与涂饰》.2003,第22卷(第6期),第57-58页. |
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