CN103320828A - 一种六次甲基四胺掺杂纳米氧化锌薄膜的电化学制备方法 - Google Patents

一种六次甲基四胺掺杂纳米氧化锌薄膜的电化学制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种六次甲基四胺掺杂纳米氧化锌薄膜的电化学制备方法，具体包括如下步聚：首先配置先驱体溶液，锌源为六水硝酸锌，在硝酸锌溶液中加入一定量的六次甲基四胺表面活性剂配置电解液；然后将电解液液转入三电极体系，其中以ITO导电玻璃作为工作电极，铂电极作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极，最后做后处理，将产物冲洗、干燥、煅烧。本发明方法操作简单，制备的产品为白色，氧化锌为六方晶系铅锌矿结构，粒径大小为20-30nm。

Description

一种六次甲基四胺掺杂纳米氧化锌薄膜的电化学制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料的制备技术领域，涉及纳米氧化锌薄膜的制备方法，特别涉及一种以电化学沉积法制备六次甲基四胺掺杂纳米氧化锌薄膜的方法。
背景技术
氧化锌由于其在光电子器件方面的巨大应用前景而受到广泛关注，各国纷纷投入巨资开展相关研究，我国目前在制备高质量氧化锌方面做了大量的工作，也取得了一些进展，但对高质量的纳米氧化锌薄膜的研究还处于起步阶段。而由于纳米氧化锌薄膜具有的特异的物理、化学特性，在构建纳米电子及光学元件方面具有巨大的潜力，从而备受人们重视。
氧化锌作为一种优异的半导体材料，在透明导电薄膜、太阳能电池、气敏、压敏器件等很多方面得到了较为广泛的应用，为了满足不同器件的用途，科学家发明了多种制备氧化锌的方法，目前常用的制备方法有分子束外延法(MBE)、脉冲激光沉积法(PLD)、溶胶-凝胶法(Sol-Gel)、化学气相沉积法(CVD)、电化学沉积法(Electrodeposition)等。采用MBE、PLD、Sol-Gel、CVD、Electrodeposition等方法制备氧化锌纳米薄膜，虽然薄膜易于制备，但设备复杂、投资大、工艺水平要求高、难于控制，难以制备出高质量的氧化锌薄膜。而电沉积法制备氧化锌薄膜无需复杂设备，并且工艺简单，制备的薄膜均匀性及粘附性良好，适于批量生产。六次甲基四胺可以作为阳离子表面活性剂，电沉积过程中对氧化锌晶核生长产生影响，从而使制备的氧化锌薄膜结构较均匀，粒径较小。
发明内容
本发明的技术方案如下：
一种六次甲基四胺(HMTA)掺杂纳米氧化锌薄膜的电化学制备方法，配制电解液进行电化学沉积，对沉积膜进行退火处理即得氧化锌薄膜。
本发明的一个较优公开例中，所述的配制含锌的先驱体溶液步骤为：以锌盐和六次甲基四胺为原料配制电解液，室温下在锌盐溶液中加入六次甲基四胺搅拌均匀后静置，锌盐浓度为0.1mol·L-1，配置的六次甲基四胺的质量分数为0.1%-2%，优选0.5%。
本发明的一个较优公开例中，所述的电化学沉积是将上述的先驱体溶液转入三电极体系中进行沉积，其中，所述的三电极体系是以导电衬底作为工作电极，铂电极作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极，沉积温度25～80℃，优选温度50℃，沉积时间5～25min，沉积电位-0.7～-2.3V。
本发明的一个较优公开例中，所述的退火处理是用去离子水冲洗沉积膜，经干燥后置于马弗炉中退火1h,冷却至室温后取出保存。
本发明的一个较优公开例中，所述的导电衬底为ITO导电玻璃，所述的优选沉积电位为-1.5V，沉积时间为15min。
本发明的一个较优公开例中，所用的锌盐为硝酸锌（ZnNO3·6H2O）。
根据本发明公开的方法制备的纳米氧化锌薄膜，为六方纤锌矿结构。
根据本发明公开的方法制备的纳米氧化锌薄膜，其粒径为20-30nm。
本发明所用的试剂六水硝酸锌及六次甲基四胺均为分析纯。
有益效果
本发明在电解液中掺杂六次甲基四胺表面活性剂，通过电沉积法制备纳米氧化锌薄膜，经退火处理制备得到纯净的氧化锌薄膜，制备的氧化锌粒径较小。本发明具有工艺简单，成本低，环境污染小等优点，适合大规模生产。
附图说明
图1实例1的电子显微扫描图（SEM）。
图2为实例2的电子显微扫描图（SEM）。
图3为实例1的XRD图。
 
具体实施方案
实施例1
1、以六水硝酸锌和六次甲基四胺为原料配制50ml电解液，电解液中硝酸锌浓度为0.1mol·L-1，六次甲基四胺质量分数为0.5%(0.2587g)。
2、电化学沉积，将先驱体溶液转入三电极体系，其中以ITO导电玻璃作为工作电极，铂电极作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极，沉积温度50℃，沉积时间15min，沉积电位-1.5V；
3、后处理，将产物用去离子水反复冲洗、干燥、500℃退火1h，得纳米氧化锌薄膜，产物为六方纤锌矿结构，电子显微扫描图见图1,XRD图见附图3。
实施例2
1、以六水硝酸锌和和六次甲基四胺为原料配制50ml电解液，电解液中硝酸锌浓度为0.1mol·L-1，六次甲基四胺质量分数为0.1%(0.0515g)。
2、电化学沉积，将先驱体溶液转入三电极体系，其中以ITO导电玻璃作为工作电极，铂电极作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极，沉积温度25℃，沉积时间5min，沉积电位-1.5V；
3、后处理，将产物用去离子水反复冲洗、干燥、500℃退火1h，得纳米氧化锌薄膜，产物为六方纤锌矿结构，电子显微扫描图见附图2。
实施例3
1、以六水硝酸锌和和六次甲基四胺为原料配制50ml电解液，电解液中硝酸锌浓度为0.1mol·L-1，六次甲基四胺质量分数为1%(0.52g)。
2、电化学沉积，将先驱体溶液转入三电极体系，其中以ITO导电玻璃作为工作电极，铂电极作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极，沉积温度50℃，沉积时间15min，沉积电位-1.5V；
3、后处理，将产物用去离子水反复冲洗、干燥、500℃退火1h，得纳米氧化锌薄膜，产物为六方纤锌矿结构。
实施例4
1、以六水硝酸锌和和六次甲基四胺为原料配制50ml电解液，电解液中硝酸锌浓度为0.1mol·L-1，六次甲基四胺质量分数为2%(1.051g)。
2、电化学沉积，将先驱体溶液转入三电极体系，其中以ITO导电玻璃作为工作电极，铂电极作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极，沉积温度80℃，沉积时间25min，沉积电位-2.3V；
3、后处理，将产物用去离子水反复冲洗、干燥、500℃退火1h，得纳米氧化锌薄膜，产物为六方纤锌矿结构。
实施例5
1、以六水硝酸锌和和六次甲基四胺为原料配制50ml电解液，电解液中硝酸锌浓度为0.1mol·L-1，六次甲基四胺质量分数为0.5%(0.2587g)。
2、电化学沉积，将先驱体溶液转入三电极体系，其中以ITO导电玻璃作为工作电极，铂电极作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极，沉积温度25℃，沉积时间5min，沉积电位-0.7V；
3、后处理，将产物用去离子水反复冲洗、干燥、500℃退火1h，得纳米氧化锌薄膜，产物为六方纤锌矿结构。

Claims (8)

1.一种六次甲基四胺掺杂纳米氧化锌薄膜的电化学制备方法，其特征在于，先配制含锌的先驱体溶液，加入六次甲基四胺表面活性剂，然后将先驱体溶液转入三电极体系进行电化学沉积，最后将所得产物煅烧后处理制得。
2.根据权利要求1所述的一种六次甲基四胺掺杂纳米氧化锌薄膜的电化学制备方法，其特征在于，所述的配制含锌的先驱体溶液步骤为：室温下在锌盐溶液中加入六次甲基四胺搅拌均匀后静置，所述的锌盐浓度为0.1mol·L-1，所述的六次甲基四胺质量浓度为0.1%-2%。
3. 根据权利要求1所述的种六次甲基四胺掺杂纳米氧化锌薄膜的电化学制备方法，其特征在于，所述的电化学沉积步骤为：将上述先驱体溶液转入三电极体系中进行沉积，其中，所述的三电极体系是以导电衬底作为工作电极，铂电极作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极，沉积温度25~80℃，沉积时间5~25min，沉积电位-0.7~ -2.3V。
4.根据权利要求1所述的六次甲基四胺掺杂纳米氧化锌薄膜的电化学制备方法，其特征在于，所述的煅烧后处理步骤是将经电化学沉积所得的产物用去离子水冲洗、干燥，置于马弗炉中于500℃煅烧1h，冷却至室温。
5.根据权利要求2所述的一种六次甲基四胺掺杂纳米氧化锌薄膜的电化学制备方法，其特征在于，所述的锌盐为硝酸锌。
6.根据权利要求3所述的一种六次甲基四胺掺杂纳米氧化锌薄膜的电化学制备方法其特征在于，所述的导电衬底为ITO导电玻璃，所述的沉积电位优选-1.5V，沉积时间优选15min，温度为50℃。
7.根据权利要求1-6任一方法制备的纳米氧化锌薄膜，其特征在于，氧化锌的粒径为20~30nm。
8.根据权利要求1-6所述的制备方法，其特征在于制备的纳米氧化锌薄膜，为六方纤锌矿结构。
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