CN103713473A - 一种利用受限光催化氧化改性ito的方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用受限光催化氧化改性ITO的方法及其应用。该方法是直接在ITO表面滴加质量分数为20%～40%的过硫酸铵水溶液，然后覆盖光掩模，在紫外光下照射，即可得到改性的ITO。以改性的TO作为分子模板，采用低温液相沉积的方可以快速、简单、高效的制备成无机半导体二氧化钛、氧化锌、钛酸钡阵列，采用简单的旋涂法或浸涂法可以快速、简单、高效的制备成硫化镉、磷脂膜、聚苯乙烯微球、导电聚合物薄膜、液晶阵列，为电子产业发展奠定了基础。

Description

一种利用受限光催化氧化改性ITO的方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种利用受限光氧化反应，用过硫酸铵对ITO进行改性的方法，以及改性后的ITO的用途。
背景技术
氧化铟锡（ITO）是指采用磁控溅射技术，在任意基材上，如聚合物、玻璃、金属等材料上溅射透明ITO导电薄膜镀层并经高温退火处理得到的高技术产品。ITO膜同时具有良好的导电性和透光性，适于制作透明显示电极，是平板显示器生产的重要原材料之一。
在实际制造一些功能化器件的时候，ITO表面进行可控的图案化改性是非常重要的。例如在生物领域，改性的表面可用于蛋白质吸附和细胞的生长。在电子领域，可用于微流控芯片、传感器和半导体材料的制备。
目前表面改性的方法主要有：（1）硬刻蚀：主要依赖于硬质掩模，借助于外场能量诸如光(紫外，X-射线)、粒子(电子，离子，中子)而进行图案制造与复制。最常用的方法就是光刻蚀。光源发出的光经过光掩模实现光的图案化辐射，再通过物镜组聚焦到表面的光敏胶上。光敏胶可以溶解刻蚀溶液进而使刻蚀溶液刻蚀基材，这样就得到了改性的表面。但是这种方法对设备的要求很高，而且成本也比较昂贵。（2）软刻蚀：主要包括微接触转印、毛细管辅助微流体、模塑等。这套技术的核心是使用聚二甲基硅氧烷作为印章，将油墨转印到材料表面。所转印的油墨主要是具有自组装性能的单分子层，其分子特征就是一段烷基链，其两端分别带有两个功能性基团。当具有表面微纳米结构的聚二甲基硅氧烷被压到材料表面时，在相接触的部分，吸附在聚二甲基硅氧烷表面的短链烷基分子可以通过其自带的一个功能性端基与材料表面进行键合，比如-SH与金表面组装，硅氧基团与硅羟基表面缩合等。但是上述方法在聚合物表面得到的单分子层并不像想象中的那样结构高度规整和分子完全有序取向，而存在很大程度的无序度，从而导致进一步应用的偏差。另外，改性表面需要用等离子处理也增加了成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有ITO表面改性方法存在的缺点，提供一种操作简单，几分钟内即可在ITO表面形成图案的ITO改性方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：在ITO表面滴加质量分数为20%～40%的过硫酸铵水溶液，覆盖光掩模，在紫外光下照射，即可得到图案化的改性的ITO。
上述改性的ITO在制备ZnO阵列、TiO2阵列、BaTiO3阵列、CdS阵列、磷脂膜阵列、聚苯乙烯微球阵列、导电聚合物薄膜阵列、液晶阵列中的用途，其中二氧化钛、氧化锌、钛酸钡阵列采用低温液相沉积法制备，硫化镉、磷脂膜、聚苯乙烯微球、导电聚合物薄膜、液晶阵列采用旋涂法或浸涂法制备。
本发明利用受限光催化氧化反应可以方便快速的向ITO表面引入大量硫酸根基团，从而制造高亲水、离子化的功能性表面，所得到的图案化功能性表面可以作为制造各种半导体和陶瓷材料的分子模板。本发明以改性的ITO作为分子模板，采用低温液相沉积法可以快速、简单、高效的制备成无机半导体二氧化钛、氧化锌、钛酸钡阵列，采用简单的旋涂法或浸涂法可以快速、简单、高效的制备成硫化镉、磷脂膜、聚苯乙烯微球、导电聚合物薄膜、液晶阵列，为电子产业发展奠定了基础。
附图说明
图1是实施例1中光掩模的光学照片。
图2是实施例1改性的ITO的扫描电镜图。
图3是ITO的XPS图。
图4是实施例1改性的ITO的XPS图。
图5是水蒸汽凝结在实施例1改性的ITO上的光学照片。
图6是实施例4制备的ZnO阵列放大250倍的扫描电镜图。
图7是实施例4制备的ZnO阵列放大3000倍的扫描电镜图。
图8是实施例4制备的ZnO阵列的XRD图。
图9是实施例5制备的TiO2阵列的光学照片。
图10是实施例6制备的CdS阵列的扫描电镜图。
图11是实施例7制备的导电聚合物膜阵列的光学照片。
图12是实施例8制备的BaTiO3阵列的光学3D图。
图13是实施例9制备的磷脂膜阵列的光学照片。
图14是实施例10制备的聚苯乙烯微球阵列的光学照片。
图15是实施例11制备的液晶阵列的光学照片
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1
将清洗干净的ITO放置在石英板上，用移液枪吸取质量分数为35%的过硫酸铵水溶液滴加在ITO表面，使溶液完全润湿ITO表面，然后在其上覆盖图1所示的圆形光掩模，施加适当压力使溶液在ITO表面平铺成均匀且非常薄的液层，放入光化学反应仪中用1000W的高压汞灯在8000μW/cm2的紫外光下照射4分钟，然后用超纯水清洗干净，氮气吹干，得到改性的ITO。
采用扫描电镜、X射线光电子能谱、光学显微镜对改性的ITO进行表征，结果见图2～5。由图可见，在紫外光照下，形成了图案化改性的表面，改性区域接上了硫酸根基团。
实施例2
将清洗干净的ITO放置在石英板上，用移液枪吸取质量分数为20%的过硫酸铵水溶液滴加在ITO表面，使溶液完全润湿ITO表面，然后在其上覆盖条形光掩模，施加适当压力使溶液在ITO表面平铺成均匀且非常薄的液层，放入光化学反应仪中用1000W的高压汞灯在8000μW/cm2的紫外光下照射10分钟，然后用超纯水清洗干净，氮气吹干，得到改性的ITO。
实施例3
将清洗干净的ITO放置在石英板上，用移液枪吸取质量分数为40%的过硫酸铵水溶液滴加在ITO表面，使溶液完全润湿ITO表面，然后在其上覆盖方形光掩模，施加适当压力使溶液在ITO表面平铺成均匀且非常薄的液层，放入光化学反应仪中用1000W的高压汞灯在9000μW/cm2的紫外光下照射2分钟，然后用超纯水清洗干净，氮气吹干，得到改性的ITO。
实施例4
实施例1得到的改性的ITO在制备ZnO阵列中的用途，其具体制备方法如下：
将0.05mmol/L的硝酸锌水溶液与0.05mmol/L的六亚甲基四胺水溶液等体积混合，配制成沉积液，将改性的ITO漂浮在沉积液上，改性面朝下，在90℃下沉积48小时，期间每隔3小时换一次沉积液，待沉积完成后，用输入功率为100W的超声波超声10分钟，得到ZnO阵列，其扫描电镜图见图6和图7，XRD图见图8。由图可见，在ITO表面形成了直立棒状的ZnO阵列。
实施例5
实施例1得到的改性的ITO在制备TiO2阵列中的用途，其具体制备方法如下：
将0.1mol/L的(NH4)2TiF6水溶液和0.6mol/L的H3BO3水溶液等体积混合，配制成沉积液，将改性的ITO漂浮在沉积液上，改性面朝下，在50℃下沉积24小时，待沉积完成后，用超纯水冲洗，得到TiO2阵列（见图9）。
实施例6
实施例1得到的改性的ITO在制备CdS阵列中的用途，其具体制备方法如下：
将改性的置于匀胶机台中央，用移液枪取100μL0.25mol/L氯化镉水溶液，均匀点在ITO表面，按下启动按钮，低转速400转/分钟转9秒，高转速2000转/分钟转40秒，当旋台停止后，再用移液枪取100μL0.25mol/L硫化钠水溶液，均匀点在ITO表面，按下启动按钮，转速同上，当旋台停止后，将超纯水滴在ITO上旋转进行清洗，得到CdS阵列（见图10）。
实施例7
实施例1得到的改性的ITO在制备导电聚合物膜阵列中的用途，其具体制备方法为：采用旋涂法，直接将聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸钠）（由sigma提供）旋涂在改性的ITO表面，即可得到导电聚合物膜阵列（见图11）。
实施例8
实施例2得到的改性的ITO在制备BaTiO3阵列中的用途，其具体制备方法如下：
将0.25mol/L的Ba(NO3)2水溶液与6.15mol/L的H2TiF6水溶液按体积比为5:1混合，室温搅拌24小时，分离溶液，沉淀物在120℃的烘箱中烘干，得到BaTiF6粉末。将0.0639g/mL的BaTiF6水溶液与0.86mol/L的H3BO3水溶液按体积比为12:1混合，配制成沉积液。将改性的ITO漂浮在沉积液上，改性面朝下，在80℃下沉积24小时，沉积完成后，用输入功率为100W的超声波超声10分钟，得到BaTiO3阵列（见图12）。
实施例9
实施例2得到的改性的ITO在制备磷脂膜阵列中的用途，其具体制备方法如下：
采用浸涂法，将用电形成法形成的磷脂囊泡滴在改性的ITO上，12小时后从侧面将多余的溶液吸走，得到磷脂膜阵列（见图13）。
实施例10
实施例2得到的改性的ITO在制备聚苯乙烯微球阵列中的用途，其具体制备方法如下：
将氨基修饰的聚苯乙烯微球（粒径1um，用红色荧光标记，由sigma提供）用0.1mol/L的HCl水溶液调节pH值至2，然后采用旋涂法，将其直接涂覆在改性的ITO表面（低转速：500转/分钟，18秒；高转速：2000转/分钟，60秒），待旋涂完成后，用输入功率为100W的超声波超声15分钟，得到聚苯乙烯微球阵列（见图14）。
实施例11
实施例3得到的改性的ITO在制备液晶阵列中的用途，其具体制备方法为：采用旋涂法，直接将4-氰基-4'-戊基联苯旋涂在改性的ITO表面，即可得到液晶阵列（见图15）。

Claims (10)

1.一种利用受限光催化氧化改性ITO的方法，其特征在于：在ITO表面滴加质量分数为20%～40%的过硫酸铵水溶液，覆盖光掩模，在紫外光下照射，得到改性的ITO。
2.根据权利要求1所述的利用受限光催化氧化改性ITO的方法，其特征在于：所述的过硫酸铵水溶液的质量分数为35%。
3.权利要求1的改性的ITO在制备ZnO阵列中的用途。
4.权利要求1的改性的ITO在制备TiO2阵列中的用途。
5.权利要求1的改性的ITO在制备BaTiO3阵列中的用途。
6.权利要求1的改性的ITO在制备CdS阵列中的用途。
7.权利要求1的改性的ITO在制备磷脂膜阵列中的用途。
8.权利要求1的改性的TO在制备聚苯乙烯微球阵列中的用途。
9.权利要求1的改性的TO在制备导电聚合物薄膜阵列中的用途。
10.权利要求1的改性的ITO在制备液晶阵列中的用途。
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