CN102709464A

CN102709464A - 一种氧化锌纳米发电机及其制造方法

Info

Publication number: CN102709464A
Application number: CN2012101626526A
Authority: CN
Inventors: 王中林; 江鹏; 于爱芳
Original assignee: National Center for Nanosccience and Technology China
Current assignee: National Center for Nanosccience and Technology China
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明提供一种氧化锌纳米发电机的制造方法，包括：1）在衬底上镀一层钛层；2）再镀一层金层；3）将衬底漂浮在六水合硝酸锌和六次甲基四胺的水溶液的面，并使镀金的一面向下，在加热的条件下生长，得到氧化锌纳米线层；4）在氧化锌纳米线层上旋涂PMMA层，其中PMMA将氧化锌纳米线包裹在其中，并露出氧化锌纳米线的端部，然后固化PMMA；5）镀一层金层；6）再镀一层钛层。

Description

一种氧化锌纳米发电机及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种氧化锌纳米发电机及其制造方法，尤其涉及一种具有串联氧化锌纳米发电机单元的氧化锌纳米发电机及其制造方法。

背景技术

作为二十一世纪兴起的一个重要的高新科技领域，纳米技术正经历着前所未有的高速发展期。在完成大量新型纳米材料制备的基础上，各种与之相关的具有特殊功能的纳米器件的研究正在成为纳米科技发展新的推动力。由于系统的小型化要求相应能源供给系统的微型化，因此，在一个复杂的纳米系统中，单个器件的能源供给是至关重要的。然而，因为缺乏合理的设计和研究思路，有关纳米器件能源供给系统的研究已成为当今纳米技术研发中的一个盲区。探寻合适的、能够源源不断地自供电的纳米级能源补给技术，是未来纳米科技发展的潮流。

从绿色、节能环保的角度考虑，理想的纳米级供电装置应该是不依赖于外部充电能源、无毒、不产生污染且能连续供电的系统。这种自供电源的纳米系统，无论是在生物、医学、人类健康，还是在军事、无线通信和无线传感等方面都具有不可估量的价值。举一个简单的例子，用于某些疾病诊断和治疗的身体内置无线传感器都需要电源驱动。一般来讲，这些传感器的能源都直接或间接地来源于外部电池。这种外部电源存在着携带不方便、需经常更换、需定期充电等缺点。如果这些传感器能借助于生物体内部能量资源（例如，各种体液流动产生的机械能，肌肉的伸缩能等）实现自我供电，这将是人类能源利用史上的一个奇迹，必将引发一场新的绿色能源革命。这也意味着人类能够真正利用微型纳米系统，将流动、振动、水压等自然界存在的且被人们所忽略的机械能有效地转化为电能，实现无需外接电源而能独立工作的纳米器件，从而最大限度地满足人们的各种能源需求。

但是现有的纳米发电机的制造方法通常成本较高，且均为单层结构，所提供的发电量有限，无法满足各种能源需求。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种氧化锌纳米发电机的制造方法，简单易行，可以形成多层串联结构。

本发明提供一种氧化锌纳米发电机的制造方法，包括：

1）在衬底上镀一层钛层；

2）再镀一层金层；

3）将衬底漂浮在六水合硝酸锌和六次甲基四胺的水溶液的面，并使镀金的一面向下，在加热的条件下生长，得到氧化锌纳米线层；

4）在氧化锌纳米线层上旋涂PMMA层，其中PMMA将氧化锌纳米线包裹在其中，并露出氧化锌纳米线的端部，然后固化PMMA；

5）镀一层金层；

6）再镀一层钛层。

根据本发明提供的方法，其中在执行步骤5）之前还包括步骤4’)：在氧化锌纳米线层上镀一层钛层，然后重复上述步骤2）、3）和4），所述步骤4’)可执行一次或重复多次，额外再得到一层或多层氧化锌纳米线层。

根据本发明提供的方法，其中所述金层的厚度在50-100nm之间。

根据本发明提供的方法，其中所述钛层的厚度在50-150nm之间。

根据本发明提供的方法，其中所述六水合硝酸锌的摩尔浓度与六次甲基四胺的摩尔浓度比为1：1。

根据本发明提供的方法，其中所述六水合硝酸锌的浓度为0.01-0.05mol/L，六次甲基四胺的浓度为0.01-0.05mol/L。

根据本发明提供的方法，其中步骤3）中，生长氧化锌纳米线层时的温度为75至85℃。

本发明还提供一种根上述制造方法形成的氧化锌纳米发电机。

本发明提供的方法仅通过溶液化学方法便可以形成氧化锌纳米线发电层，成本低廉，并可有效的提高氧化锌纳米线与衬底上的金层之间的粘附力，并可得到多层串联的纳米发电机结构，从而提高氧化锌纳米发电机的发电量。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1为根据实施例1提供的方法所得到的纳米发电机的示意图；

图2为根据实施例1提供的方法所得到的纳米发电机的电流-电压曲线；

图3为单层氧化锌纳米发电机的电压和电流脉冲输出；

图4为根据实施例2提供的方法所得到的纳米发电机的示意图；

图5为多层氧化锌纳米发电机的电压和电流脉冲输出。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种结构如图1所示的氧化锌纳米发电机的制造方法，包括：

1）在衬底1上利用真空镀膜法镀一层50nm的钛层2，然后再镀一层50nm的金层3，其中衬底1为kapton薄膜；

2）将步骤1）所得的样品漂浮在六水合硝酸锌和六次甲基四胺的水溶液（其中六水合硝酸锌的浓度为0.02mol/L，六次甲基四胺的浓度为0.02mol/L）的表面，并使镀金的一面向下，将溶液和样品置入75℃的烘箱中，反应5小时，得到氧化锌纳米线层，该层中具有阵列状排布的大致垂直于衬底生长的氧化锌纳米线4，氧化锌纳米线4的长度约为1微米，反应后将样品取出，并用去离子冲洗，冲洗干净后烘干；

3）用旋涂机在氧化锌纳米线层上旋涂一层900纳米厚的PMMA层5，其中PMMA将氧化锌纳米线4包裹在其中，并露出氧化锌纳米线4的端部，然后固化PMMA；

4）再镀一层约50nm厚的金层7，然后再镀一层厚度约50nm的钛层8。

本实施例提供的方法所形成的氧化锌纳米发电机的电流-电压曲线如图2所示，表明其具有肖特基特性。图3为该氧化锌纳米发电机的电压和电流脉冲输出，表明其具有良好的发电特性。

上述方法中，在步骤3）中，使样品漂浮在溶液表面，相比于将样品衬底的与镀金面相反的一面贴在容纳上述水溶液的容器的底部（即将样品沉到水底）或者将样品衬底的与镀金面相反的一面贴在容器壁上的情况，可有效的提高所生长的氧化锌纳米线与衬底上的金层之间的粘附力，使氧化锌纳米线不易脱落。

在上述方法中，采用旋涂的方式形成PMMA层，可使得PMMA层的厚度更加均匀，避免氧化锌纳米线与金层之间的接触不良。

根据本发明的其他实施例，其中在生长氧化锌纳米线层之前所生长的金层的厚度应在50-100nm之间，例如60nm、80nm、100nm，在该厚度区间内，金层会形成一个一个小球状，会在小球与小球的缝隙连接处生长出垂直状的氧化锌纳米线，因为金基底的有序性，生长出的氧化锌纳米线会形成良好的阵列结构，从而提高氧化锌纳米发电机的性能。

根据本发明的其他实施例，其中钛层的厚度优选在50-150nm之间.

实施例2

本实施例提供一种结构如图4所示的氧化锌纳米发电机的制造方法，包括：

1）在衬底1上利用真空镀膜法镀一层100nm的钛层2，然后再镀一层100nm的金层3，其中衬底1为kapton薄膜；

2）将衬底1漂浮在六水合硝酸锌和六次甲基四胺的水溶液（其中六水合硝酸锌的浓度为0.05mol/L，六次甲基四胺的浓度为0.05mol/L）的表面，，并使镀金的一面向下，将溶液和样品置入85℃的烘箱中，反应4小时，得到氧化锌纳米线层，该层中具有阵列状排布的大致垂直于衬底生长的氧化锌纳米线4，氧化锌纳米线4的长度约为1微米，反应后将样品取出，并用去离子冲洗，冲洗干净后烘干；

4）镀一层约100nm厚的钛层2’；

5）镀一层约100nm厚的金层3’；

6）重复步骤2）和3），得到由大致垂直于衬底生长的氧化锌纳米线4’构成的氧化锌纳米线层，其中氧化锌纳米线4’被包裹在PMMA层5’中；

7）再镀一层约100nm厚的金层7，然后再镀一层厚度约100nm的钛层8。

本实施例提供的方法所形成的氧化锌纳米发电机的电压和电流脉冲输出如图5所示，表明其具有良好的发电特性。

上述方法中，通过重复生长两层氧化锌纳米线层，得到了串联的纳米发电机结构，从而提高了氧化锌纳米发电机的发电量。

根据本发明的其他实施例，还可以多次重复生长氧化锌纳米线层，从而进一步提高氧化锌纳米发电机的发电量。

根据本发明的其他实施例，其中所生长的钛层的厚度可在50-150nm之间。

根据本发明的其他实施例，其中生长氧化锌纳米线层所使用的溶液中，六水合硝酸锌的浓度优选为0.01mol/L-0.05mol/L，六次甲基四胺的浓度优选为0.01mol/L-0.05mol/L。

根据本发明的其他实施例，其中所述六水合硝酸锌的摩尔浓度与六次甲基四胺的摩尔浓度比为1：1。

根据本发明的其他实施例，其中生长氧化锌纳米线层时的温度优选为75至85℃。

上述实施例中，采用kapton薄膜作为衬底，kapton薄膜的主要成分是聚酰亚胺，是耐热性较高的一类高分子材料，具有优良的化学稳定性、耐高温性、坚韧性、耐磨性、阻燃性、电绝缘性等，但是本发明中也可以采用其他的有弹性的衬底，例如PDMS，只要能够将外界的机械能转化为弹性势能并传递给氧化锌纳米线即可。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种氧化锌纳米发电机的制造方法，包括：

1）在衬底上镀一层钛层；

2）再镀一层金层；

5）镀一层金层；

6）再镀一层钛层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在执行步骤5）之前还包括步骤4’)：在氧化锌纳米线层上镀一层钛层，然后重复上述步骤2）、3）和4），所述步骤4’)可执行一次或重复多次，额外再得到一层或多层氧化锌纳米线层。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述金层的厚度在50-100nm之间。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述钛层的厚度在50-150nm之间。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述六水合硝酸锌的摩尔浓度与六次甲基四胺的摩尔浓度比为1：1。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述六水合硝酸锌的浓度为0.01-0.05mol/L，六次甲基四胺的浓度为0.01-0.05mol/L。

7.根据权利要求1所述的方法，其中步骤3）中，生长氧化锌纳米线层时的温度为75至85℃。

8.一种根据权利要求1所述的制造方法形成的氧化锌纳米发电机。

9.一种根据权利要求2所述的制造方法形成的氧化锌纳米发电机。