CN103318943A - 一种花状ZnO纳米棒团簇的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种花状ZnO纳米棒团簇的制备方法，该方法包括：(1)使用磁控溅射技术在Al2O3陶瓷片上溅射一层纯ZnO薄膜；(2)配置生长花状ZnO纳米棒团簇的溶液；(3)将溅射有ZnO薄膜的Al2O3陶瓷片放在所配置溶液中，在烘箱中分两步进行化学溶解，获得花状ZnO纳米棒簇。该制备方法能够成功制得花状的ZnO纳米棒团簇，获得产物具有花状形貌以及高的比表面积和稳定性。本发明操作简便，反应条件温和，可用于大面积制备ZnO纳米棒团簇，适用于工业化生产。

Description

一种花状ZnO纳米棒团簇的制备方法
技术领域
本发明涉及一种一维纳米材料的制备，具体地说，涉及的是一种花状ZnO纳米棒团簇的制备方法。
背景技术
纳米材料的形貌对其性能以及相应的应用有着及其重要的影响，研究纳米材料的制备方法可以实现对材料形貌及性能的调控。在众多的半导体材料中，氧化锌是一种形貌丰富的宽禁带半导体，具有很多优异性能，如压电性、敏感性和光学性质等。此外，氧化锌还具有稳定性高、无毒和生物相容性、可阻截紫外光等优点，随着宽带隙半导体物理的发展和纳米科学技术带来的材料性能的奇特变化，一维ZnO纳米材料的制备及其相关技术的研究已成为ZnO研究中的一个新方向。研究表明，ZnO纳米棒等较零维纳米材料显示出了较高的熔点和热稳定性，低的电子诱生缺陷及良好的机电耦合性能等特点。一维ZnO纳米材料在太阳能电池中如果用于工作电极，有利于电子的传输，减少了电子与界面的复合，提高了总效率。结构的有序导致了电子的传输有序、整体构型的有序，可以实现在宏观力场作用下，实现自组装，制成特殊的器件。因此，对氧化锌纳米材料的研究具有重要的意义和应用前景。
特定形貌的氧化锌具有很多潜在的应用前景，因此研究者们越来越倾向于制备特定形貌的氧化锌材料。最近，具有一维结构的氧化锌纳米材料，因其在纳米装置方面的独特而新颖的应用价值：如紫外光发射器件、场发射晶体管、紫外光探测器、太阳能电池等方面，有着广泛的应用前景，引起了研究者们相当多的关注，已经成为研究中的一个新方向。
制备低维ZnO纳米材料的方法很多，目前主要采用气-液-固(VLS)法、金属有机化学气相沉积法(MOVCD)、电化学沉积法和模板法等。然而，这些制备方法工艺复杂、能耗大、合成条件苛刻以及难以实现规模化生产。而化学溶解方法具有很多优点，例如设备简单、低能耗、转化率高适用于大面积制备、低温过程以及不需要催化辅助剂等优点，在纳米材料合成方面显示出巨大的优势。
而磁控溅射法具有设备简单、价格便宜、成膜均匀、可用于大批量制膜等优点，目前在工业生产中已经得到了广泛的应用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种花状ZnO纳米棒团簇的制备方法。本发明由于Al2O3陶瓷基底的不平整性，导致溅射的ZnO种子层也不是十分光滑，最终使得在ZnO颗粒表面生长的ZnO纳米棒团簇呈现出花状，从而增加了它的比表面积。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：将清洗干净的Al2O3陶瓷片置于磁控溅射腔内，利用磁控溅射技术在纯氩气气氛下溅射一层ZnO种子层，获得一层ZnO薄膜，再利用化学溶解法在ZnO种子层表面生长出花状的ZnO纳米棒簇。
进一步的，上述制备方法按以下步骤进行：
（1）Al2O3陶瓷片清洗：依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗；
（2）溅射ZnO薄膜：采用射频电源溅射ZnO陶瓷靶，溅射气体为纯氩气；
（3）配制生长花状ZnO纳米棒团簇的溶液；
（4）对步骤（2）中所得Al2O3陶瓷片在步骤（3）配制的溶液里在烘箱中分两步进行化学溶解，制备出花状ZnO纳米棒团簇。
优选的，所述（1）中，丙酮、酒精以及去离子水超声的时间各为5-20min。
优选的，所述（2）中，对磁控溅射腔抽真空，使其真空度小于5.0×10-4Pa。
优选的，所述（2）中，调节基片与靶材的距离为10～20cm，防止由于基片与靶材距离太近引起的自溅射，同时又不能太远，从而保证成膜质量。选用99.99%的ZnO陶瓷靶作为ZnO薄膜沉积的溅射靶。
优选的，所述（2）中，溅射功率为20-100W，溅射时间为0.5-1h。
优选的，所述（2）中，纯氩气的纯度为99.99%以上，流量为20-80sccm，气体压强为0.3-0.8pa。
优选的，所述（3）中，所配的水溶液中六水合硝酸锌的质量分数为0.01-0.1%，溶液中六亚甲基四胺的质量分数为0.01-0.1%。
优选的，所述（4）中，在烘箱中进行第一步化学溶解反应时，控释95℃条件下6-24h；在烘箱中进行第二步化学溶解反应时，控制50℃条件下6-24h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明将溅射有ZnO种子层的基底直接放入所配溶液中进行化学溶解，通过控制时间和溶液浓度来控制ZnO纳米棒的管径，得出随着时间的增长，纳米棒直径增加；随着溶液浓度的降低，纳米棒的直径减小。本发明操作简便，反应条件温和，并且磁控溅射方法价格便宜、成膜均匀，可用于大面积制备薄膜，适用于工业化生产。制得的ZnO纳米管簇可以进行多成分修饰并在生物医药、光致发光、传感器等多个方面有应用前景。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例1磁控溅射后Ti膜的SEM像；其中图a为磁控溅射后的ZnO膜放大1万倍的SEM图，图b为磁控溅射后的ZnO膜放大2000倍的SEM图；
图2为本发明实施例1中化学溶解法生长的ZnO纳米管团簇的SEM像；其中图a为纳米棒团簇放大5万倍的SEM图，图b为纳米棒放大2000倍的SEM图；
图3为本发明实施例2中化学溶解法生长的ZnO纳米管团簇的SEM像；其中图a为纳米棒团簇放大1万倍的SEM图，图b为纳米棒放大2000倍的SEM图；
图4为本发明实施例3中化学溶解法生长的ZnO纳米管团簇的SEM像；其中图a为纳米棒团簇放大2万倍的SEM图，图b为纳米棒放大5000倍的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
（1）将Al2O3陶瓷片清洗：依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗10min；
（2）将（1）中的陶瓷片置于磁控溅射腔内，采用射频电源溅射ZnO陶瓷靶，溅射一层ZnO种子层，溅射功率20W，溅射时间1h，纯氩气流量20sccm，背底真空度4.0×10-4Pa，溅射气压0.3pa，最终获得ZnO薄膜厚度约为50nm；
（3）配制生长花状ZnO纳米棒团簇的溶液；六水合硝酸锌的质量分数为0.1%，六亚甲基四胺的质量分数为0.1%；
（4）对步骤（2）中所得Al2O3陶瓷片在步骤（3）配制的溶液里在烘箱中分两步进行化学溶解，其中第一步控释80℃条件下8h，第二步控制40℃条件下10h，制备出花状ZnO纳米棒团簇。
所制得的产物用SEM对其结构进行表征，图1为磁控溅射后ZnO薄膜的SEM像（40W，0.5h），图2为化学溶解法生长出的ZnO纳米棒团簇的SEM像，其中：图1可以很明显的看出颗粒状的ZnO，图2可以观察到花状的ZnO纳米棒团簇，纳米棒的直径为100-150nm。
实施例2：
（1）将Al2O3陶瓷片清洗：依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗10min；
（2）将（1）中的陶瓷片置于磁控溅射腔内，采用射频电源溅射ZnO陶瓷靶，溅射一层ZnO种子层，溅射功率100W，溅射时间0.5h，纯氩气流量40sccm，背底真空度4.0×10-4Pa，溅射气压0.6pa，最终获得ZnO薄膜厚度约为50nm；
（3）配制生长花状ZnO纳米棒团簇的溶液；六水合硝酸锌的质量分数为0.01%，六亚甲基四胺的质量分数为0.01%；
（4）对步骤（2）中所得Al2O3陶瓷片在步骤（3）配制的溶液里在烘箱中分两步进行化学溶解，其中第一步控释95℃条件下6h，第二步控制60℃条件下6h，制备出花状ZnO纳米棒团簇。
图3为化学溶解法生长出的ZnO纳米棒团簇的SEM像，可以观察到花状的ZnO纳米棒团簇，随着浓度的降低，纳米棒的直径明显减小，约为80-100nm。
实施例3：
（1）将Al2O3陶瓷片清洗：依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗10min；
（2）将（1）中的陶瓷片置于磁控溅射腔内，采用射频电源溅射ZnO陶瓷靶，溅射一层ZnO种子层，溅射功率50W，溅射时间0.5h，纯氩气流量40sccm，背底真空度4.0×10-4Pa，溅射气压0.8pa，最终获得ZnO薄膜厚度约为50nm；
（3）配制生长花状ZnO纳米棒团簇的溶液；六水合硝酸锌的质量分数为0.05%，六亚甲基四胺的质量分数为0.05%；
（4）对步骤（2）中所得Al2O3陶瓷片在步骤（3）配制的溶液里在烘箱中分两步进行化学溶解，其中第一步控释110℃条件下12h，第二步控制50℃条件下24h，制备出花状ZnO纳米棒团簇。
图4为化学溶解法生长出的ZnO纳米棒团簇的SEM像，可以观察到花状的ZnO纳米棒团簇，随着化学溶解时间的增加，纳米棒的直径明显变大，约为150-200nm。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种花状ZnO纳米棒团簇的制备方法，其特征包括如下步骤：
（1）Al2O3陶瓷片清洗：依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗；
（2）溅射ZnO薄膜：采用射频电源溅射ZnO陶瓷靶，溅射气体为纯氩气；
（3）配制生长花状ZnO纳米棒团簇的溶液：所配的水溶液中六水合硝酸锌的质量分数为0.01-0.1%，六亚甲基四胺的质量分数为0.01-0.1%，
（4）将步骤（2）中所得Al2O3陶瓷片在步骤（3）配制的溶液里，在烘箱中分两步进行化学溶解，制备出花状ZnO纳米棒团簇。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述（2）中，对磁控溅射腔抽真空，使其真空度小于5.0×10-4Pa。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述（2）中，调节Al2O3陶瓷片与靶材的距离为10～20cm，选用99.99%的ZnO陶瓷靶作为ZnO薄膜沉积的溅射靶。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述（2）中，溅射功率为20-100W，溅射时间为0.5-1h。
5.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述（2）中，纯氩气的纯度为99.99%以上，流量为20-80sccm，气体压强为0.3-0.8Pa。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述（4）中，在烘箱中进行第一步化学溶解反应时，控释80-110℃条件下6-24h；在烘箱中进行第二步化学溶解反应时，控制40-60℃条件下6-24h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述（1）中，丙酮、酒精以及去离子水超声的时间各为5-20min。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103675027A (zh) * 2013-11-27 2014-03-26 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种对乙醇敏感的薄膜气敏材料的制备方法
CN104229865A (zh) * 2014-09-11 2014-12-24 上海大学 多头氧化锌纳米棒及其制备方法
CN104998633A (zh) * 2015-07-23 2015-10-28 陕西科技大学 基于一步煅烧法制备的烟花状纳米ZnO光催化剂及其方法
CN105424759A (zh) * 2015-10-22 2016-03-23 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种氧化锌纳米管阵列气敏传感器的制备方法
CN105463564A (zh) * 2015-11-30 2016-04-06 东南大学 一种氧化锌纳米棒及其团簇复合结构及其制备方法
CN107460514A (zh) * 2017-06-27 2017-12-12 江苏大学 一种简易制备氧化锌纳米花的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102544214A (zh) * 2012-01-05 2012-07-04 上海大学 太阳能电池窗口层ZnO纳米阵列的制备方法
CN102800747A (zh) * 2012-07-11 2012-11-28 上海大学 一种ZnS包覆的ZnO纳米阵列核壳结构的制备方法
CN102899701A (zh) * 2012-09-13 2013-01-30 上海交通大学 Al2O3陶瓷基底上TiO2纳米管有序阵列的制备

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102544214A (zh) * 2012-01-05 2012-07-04 上海大学 太阳能电池窗口层ZnO纳米阵列的制备方法
CN102800747A (zh) * 2012-07-11 2012-11-28 上海大学 一种ZnS包覆的ZnO纳米阵列核壳结构的制备方法
CN102899701A (zh) * 2012-09-13 2013-01-30 上海交通大学 Al2O3陶瓷基底上TiO2纳米管有序阵列的制备

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103675027A (zh) * 2013-11-27 2014-03-26 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种对乙醇敏感的薄膜气敏材料的制备方法
CN104229865A (zh) * 2014-09-11 2014-12-24 上海大学 多头氧化锌纳米棒及其制备方法
CN104229865B (zh) * 2014-09-11 2016-04-27 上海大学 多头氧化锌纳米棒及其制备方法
CN104998633A (zh) * 2015-07-23 2015-10-28 陕西科技大学 基于一步煅烧法制备的烟花状纳米ZnO光催化剂及其方法
CN105424759A (zh) * 2015-10-22 2016-03-23 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种氧化锌纳米管阵列气敏传感器的制备方法
CN105463564A (zh) * 2015-11-30 2016-04-06 东南大学 一种氧化锌纳米棒及其团簇复合结构及其制备方法
CN107460514A (zh) * 2017-06-27 2017-12-12 江苏大学 一种简易制备氧化锌纳米花的方法

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