CN105271362B - 一种具有花瓣效应的ZnO纳米结构的制备方法 - Google Patents
一种具有花瓣效应的ZnO纳米结构的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105271362B CN105271362B CN201510722652.0A CN201510722652A CN105271362B CN 105271362 B CN105271362 B CN 105271362B CN 201510722652 A CN201510722652 A CN 201510722652A CN 105271362 B CN105271362 B CN 105271362B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zinc oxide
- zinc
- nano
- preparation
- petal effect
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明公开一种具有花瓣效应的氧化锌纳米结构的制备方法，包括以下步骤：分别以醋酸锌、乙二醇甲醚和乙醇胺作为前驱体、溶剂和稳定剂，采用旋转涂膜技术进行镀膜，并进行退火处理，获得氧化锌籽晶；然后将制备好的氧化锌籽晶放入硝酸锌水溶液中，并用氨水调节溶液的pH值，在高压釜中水热反应，得到大量随机生长的氧化锌纳米棒，表面呈网状结构。本发明所提供的氧化锌纳米结构是一种具有超强粘附水滴能力的超疏水纳米结构，其类花瓣的表面浸润性优于现有的氧化锌纳米材料。本发明制备方法简单，无污染，成本低，易于实现，便于控制。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料领域，具体是一种具有花瓣效应的ZnO纳米结构的制备方法。
背景技术
浸润性是固体表面的重要特性之一，它与固体表面的微观几何结构和表面的化学成分密切相关。一般用液体在固体表面的接触角来衡量浸润性，把接触角小于90°的固体表面称为亲水表面，其中小于10°的为超亲水表面；而大于90°的表面称为疏水表面，超过150°的称为超疏水表面。因具有独特的表面浸润性，超疏水表面在自清洁、抗腐蚀和微流体器件等领域具有良好的应用前景，引起了人们的研究兴趣。传统的超疏水表面（即荷叶效应），水滴在表面具有较大的接触角，粘附力极小，极易滚动。然而，人们在研究超疏水表面过程中发现，另一类超疏水表面上的液滴具有不同的动态行为（即花瓣效应），液滴同样具有较大的接触角，但粘附力很大，不能在表面自由滚动，甚至当液滴倒立时，依然牢牢地吸附在固体表面，这些奇特的现象引起了科研工作者极大的兴趣。研究表明，具有粘附性能的超疏水表面与其表面的微观结构及化学成分密切相关。
氧化锌是一种II-VI族宽禁带半导体材料，禁带宽度为3.37 eV，且具有较高激子结合能（60 meV）。由于存在表面效应、小尺寸效应和宏观隧道效应等，使得氧化锌纳米材料具有独特的力学、热学、光学、磁学、电学等方面的性能。人们采用不同的方法制备出不同尺度的氧化锌纳米棒、纳米柱和纳米线等，且能形成具有微/纳二元结构的氧化锌。研究结果表明，具有微/纳二元结构的氧化锌表现出疏水特性，且能在疏水和亲水性之间发生可逆转变，使得该类薄膜在智能微流控制芯片、可控药物传输和自清洁等领域具有重要的应用前景。
目前关于氧化锌纳米材料表面浸润性的研究工作较多，但有关的氧化锌纳米材料表面花瓣效应的研究工作相对较少。现有技术制备的氧化锌纳米材料的表面花瓣效应不明显，且存在制备过程过于复杂、需要昂贵的实验药品或者超疏水性能不是很优异等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术氧化锌纳米材料表面花瓣效应不明显、制备过程过于复杂、需要昂贵的实验药品的缺陷，提供一种具有明显花瓣效应的氧化锌纳米结构的制备方法，该表面接触角高达156°，表现为超疏水特性；且当水滴倒立时依然吸附于表面，粘附力极强。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种具有花瓣效应的氧化锌纳米结构的制备方法，包括以下步骤：
（1）配制锌盐溶胶：将醋酸锌加入到乙二醇甲醚中，得到醋酸锌溶液，向醋酸锌溶液中加入乙醇胺稳定剂，57-63℃水浴条件下加热搅拌1-3h，陈化，得到无色透明溶胶；
（2）制备氧化锌籽晶：选用载玻片作为薄膜生长基片，采用旋转涂膜法进行镀膜，1500rpm低转速条件下向基片上滴加溶胶，3000rpm高转速条件下匀胶，匀胶时间30s，形成湿膜，然后将湿膜在145-155℃下进行预处理8-12min；在经镀膜和预处理后的基片上再重复上述镀膜和预处理步骤1次；退火，温度为480-520℃，保温60min后自然冷却，得到氧化锌籽晶；
（3）制备具有花瓣效应的氧化锌纳米结构：配制六水合硝酸锌水溶液，加入缓释剂六亚甲基四胺，用氨水调节溶液的pH值在10-12之间，将混合液置于高压釜中，然后将制备有氧化锌籽晶层的衬底面朝下浸没于混合液中，在90-96℃条件下水热反应1.5-2.5h，自然冷却，去离子水清洗，烘干，得具有花瓣效应的氧化锌纳米结构。
作为进一步地优选，本发明所述步骤（1）中醋酸锌溶液的浓度为0.45-0.55mol/L。
作为进一步地优选，本发明所述步骤（1）中醋酸锌与乙醇胺的摩尔比为1:1。
作为进一步地优选，本发明所述步骤（2）中薄膜生长基片进行预处理：分别在丙酮和去离子水中超声清洗10min，在60℃条件下烘干，备用。
作为进一步地优选，本发明所述步骤（3）混合液中六水合硝酸锌的浓度为0.01-0.03 mol/L。
作为进一步地优选，本发明所述步骤（3）烘干温度为60-80℃。
本发明的有益效果：本发明方法制备的氧化锌具有网状结构，该结构中纳米棒之间的间隙较大，纳米棒相对较细且发生倾斜，相邻纳米棒顶端发生团聚，该氧化锌表面存在微/纳二元结构，表面粗糙因子增大，根据Wenzel模型，粗糙因子增大有助于增强疏水材料的表面接触角，使得其接触角高达156°；本发明中水滴通过毛细管效应渗入微/纳二元结构表面的间隙中，毛细管作用力足够强，以至于当基片倒置时，水滴依然倒立于该结构的表面；本发明与现有技术的纳米氧化锌结构相比，本发明方法制备的氧化锌纳米结构的疏水性能更好，粘附力更强；本发明氧化锌纳米结构只在有籽晶层的地方生长，没有籽晶层的地方不生长，可以通过控制籽晶层的位置来控制氧化锌纳米材料生长的位置。
附图说明
图1为本发明一种具有花瓣效应的氧化锌纳米结构的制备方法中实施例1所得氧化锌纳米材料的表面形貌。
图2为本发明一种具有花瓣效应的氧化锌纳米结构的制备方法中实施例1所得氧化锌纳米材料表面正立的水滴照片。
图3为本发明一种具有花瓣效应的氧化锌纳米结构的制备方法中实施例1所得氧化锌纳米材料表面倒立的水滴照片。
图4为本发明一种具有花瓣效应的氧化锌纳米结构的制备方法中实施例1所得氧化锌纳米材料的XRD图谱。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
一种具有花瓣效应的氧化锌纳米结构的制备方法，包括以下步骤：
1、配制锌盐溶胶：
将醋酸锌加入到乙二醇甲醚中，得到醋酸锌溶液，向醋酸锌溶液中加入乙醇胺稳定剂，60℃水浴条件下加热搅拌2h，陈化24h，得到无色透明溶胶。
2、制备氧化锌籽晶：
选用载玻片作为薄膜生长基片，分别在丙酮和去离子水中超声清洗10min，在60℃条件下烘干，备用。
采用旋转涂膜法进行镀膜，1500rpm低转速条件下向基片上滴加溶胶，3000rpm高转速条件下匀胶，匀胶时间30s，形成湿膜，然后对湿膜进行预处理，温度和时间分别为150℃和10min；在经镀膜和预处理后的基片上重复上述镀膜和预处理步骤1次；最后放入高温管式炉中退火处理，温度为500℃，保温60min后自然冷却，得到氧化锌籽晶。
3、制备具有花瓣效应的氧化锌纳米结构：
将六水合硝酸锌溶于去离子水，加入缓释剂六亚甲基四胺，用氨水调节溶液的pH值，将混合液置于高压釜中，然后将制备有氧化锌籽晶层的衬底面朝下浸没于混合液中，在95℃条件下水热反应2h，自然冷却，去离子水清洗，60℃条件下烘干，然后在大气氛围中放置一段时间，得具有花瓣效应的氧化锌纳米结构。
实施例1
1、将8.78g醋酸锌溶于80ml乙二醇甲醚中，得到浓度为0.5mol/L的醋酸锌溶液，向溶液中加入2.4mL乙醇胺作为稳定剂，溶液在60℃水浴条件加热搅拌2h，再陈化24h，得到无色透明溶胶。
2、采用旋转涂膜法进行镀膜，1500rpm低转速条件下向基片上滴加步骤1制备的透明溶胶，3000rpm高转速条件下匀胶，匀胶时间30s，形成湿膜，然后对湿膜进行预处理，温度和时间分别为150℃和10min；在经镀膜和预处理后的基片上重复上述镀膜和预处理步骤1次；最后放入高温管式炉中退火处理，温度为500℃，保温60min后自然冷却，得到氧化锌籽晶。
3、将0.238g六水合硝酸锌和0.112g六亚甲基四胺溶于38mL去离子水，并加入约2mL的氨水，调节该混合液的pH值为11.15，将混合液置于高压釜中，然后将制备有氧化锌籽晶层的衬底面朝下浸没于混合液中，在95℃条件下水热反应2h，自然冷却，去离子水清洗，60℃条件下烘干，然后在大气氛围中放置一段时间，本实施例放置1周以上，得到具有花瓣效应的氧化锌纳米结构。
实施例1制备的氧化锌纳米结构中纳米棒之间的间隙较大，纳米棒相对较细且发生倾斜，相邻纳米棒顶端发生团聚。该结构表现为超疏水特性，接触角156°，且对水滴具有很强的粘附力，是具有优异花瓣效应的氧化锌纳米结构。
图1为实施例1产品的表面形貌，可以看出，样品表面形貌呈网状，具有微/纳二元结构。
图2为实施例1产品表面正立的水滴照片，可以看出，水滴接触角高达156°，表现为超疏水特性。
图3为实施例1产品表面倒立的水滴照片，可以看出，在接触角很大的情况下，水滴依然倒立于该结构的表面，该结构对水滴的粘附力极强，表现出很强的接触角弛豫特性。
图4为实施例1产品的XRD图谱。
实施例2
氧化锌籽晶的制备方法如实施例1所述。
将0.238 g六水合硝酸锌和0.112 g六亚甲基四胺溶于38.8mL去离子水，并加入1.2mL的氨水，调节溶液pH值为10.90，将混合液置于高压釜中，然后将制备有氧化锌籽晶层的衬底面朝下浸没于混合液中，在95℃条件下水热反应2h，自然冷却，去离子水清洗，80℃条件下烘干，然后在大气氛围中放置一段时间，得到具有花瓣效应的氧化锌纳米结构。
实施例2制备的氧化锌纳米结构由大量粗细不一的、尖头的氧化锌纳米棒沿垂直于基片表面方向生长，纳米棒之间的间隙较小，分布相对密集，该结构也具有花瓣效应，表面接触角为152°。
实施例3
氧化锌籽晶的制备方法如实施例1所述。
将0.238 g六水合硝酸锌和0.112 g六亚甲基四胺溶于37.8mL去离子水，并加入2.2mL的氨水，调节溶液的pH值为11.25，将混合液置于高压釜中，然后将制备有氧化锌籽晶层的衬底面朝下浸没于混合液中，在95℃条件下水热反应2h，自然冷却，去离子水清洗，65℃条件下烘干，然后在大气氛围中放置一段时间，得到具有花瓣效应的氧化锌纳米结构。
实施例3制备的氧化锌纳米结构尖头的氧化锌纳米棒沿垂直于基片表面方向生长，纳米棒之间的间隙相对较大，分布稀疏，纳米棒也有一定程度的倾斜，但团聚程度不明显。该表面为“类玫瑰花瓣”的疏水表面，表面接触角也为153°。
实施例1-3中，给出了不同制备工艺条件下所得到的样品的表面形貌及其对水的接触角。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种具有花瓣效应的ZnO纳米结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配制锌盐溶胶：将醋酸锌加入到乙二醇甲醚中，得到醋酸锌溶液，向醋酸锌溶液中加入乙醇胺稳定剂，57-63℃水浴条件下加热搅拌1-3h，陈化，得到无色透明溶胶；
（2）制备氧化锌籽晶：选用载玻片作为薄膜生长基片，采用旋转涂膜法进行镀膜，1500rpm低转速条件下向基片上滴加溶胶，3000rpm高转速条件下匀胶，匀胶时间30s，形成湿膜，然后将湿膜在145-155℃下进行预处理8-12min；在经镀膜和预处理后的基片上再重复上述镀膜和预处理步骤1次；退火，温度为480-520℃，保温60min后自然冷却，得到氧化锌籽晶；所述薄膜生长基片进行预处理：分别在丙酮和去离子水中超声清洗10min，在60℃条件下烘干，备用；
（3）制备具有花瓣效应的氧化锌纳米结构：配制六水合硝酸锌水溶液，加入缓释剂六亚甲基四胺，用氨水调节溶液的pH值在10-12之间，将混合液置于高压釜中，然后将制备有氧化锌籽晶层的衬底面朝下浸没于混合液中，在90-96℃条件下水热反应1.5-2.5h，自然冷却，去离子水清洗，烘干，得具有花瓣效应的氧化锌纳米结构；六水合硝酸锌的浓度为0.01-0.03 mol/L。
2.根据权利要求1所述的一种具有花瓣效应的ZnO纳米结构的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中醋酸锌溶液的浓度为0.45-0.55mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种具有花瓣效应的ZnO纳米结构的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中醋酸锌与乙醇胺的摩尔比为1:1。
4.根据权利要求1所述的一种具有花瓣效应的ZnO纳米结构的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）烘干温度为60-80℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510722652.0A CN105271362B (zh) | 2015-10-31 | 2015-10-31 | 一种具有花瓣效应的ZnO纳米结构的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510722652.0A CN105271362B (zh) | 2015-10-31 | 2015-10-31 | 一种具有花瓣效应的ZnO纳米结构的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105271362A CN105271362A (zh) | 2016-01-27 |
| CN105271362B true CN105271362B (zh) | 2017-07-14 |
Family
ID=55141301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510722652.0A Expired - Fee Related CN105271362B (zh) | 2015-10-31 | 2015-10-31 | 一种具有花瓣效应的ZnO纳米结构的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105271362B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105887465B (zh) * | 2016-05-30 | 2019-01-18 | 大连民族大学 | 同型(n-n)异质结构的SnO2/ZnO纳米复合纤维材料及其制备方法和应用 |
| CN106847648B (zh) * | 2017-03-01 | 2019-01-08 | 杭州电子科技大学 | 一种场发射用石墨烯/氧化锌/石墨烯三明治结构的复合阴极材料的制备方法 |
| CN108996540B (zh) * | 2018-07-27 | 2020-12-01 | 五邑大学 | 一种ZnO纳米花及其制备方法 |
| CN111883692B (zh) * | 2019-09-24 | 2023-02-03 | 广东聚华印刷显示技术有限公司 | 墨滴捕获薄膜、发光器件及其桥连缺陷的修复方法和制作方法 |
| CN111453761A (zh) * | 2020-05-07 | 2020-07-28 | 天津翔龙电子有限公司 | 一种ZnO纳米粒子薄膜的制备方法 |
| CN111792666A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-10-20 | 成都能太科技有限公司 | 一种实现氧化锌多种纳米形貌演化的方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100338269C (zh) * | 2005-10-10 | 2007-09-19 | 天津大学 | 制备一维取向的纳米二氧化钛管状晶薄膜的方法 |
| CN100360719C (zh) * | 2006-03-31 | 2008-01-09 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 自组装ZnO阵列的水热法生长方法 |
| CN101219804B (zh) * | 2008-01-22 | 2010-06-16 | 北京科技大学 | 一种制备浸润性可控的氧化锌纳米棒阵列薄膜的方法 |
| US8790614B2 (en) * | 2009-01-09 | 2014-07-29 | Colorado School Of Mines | ZnO structures and methods of use |
| CN103241959A (zh) * | 2013-05-02 | 2013-08-14 | 中山大学 | 一种Na掺杂ZnO纳米棒阵列的制备方法 |
| EP3044287B1 (en) * | 2013-09-13 | 2018-09-12 | Nanoco Technologies Ltd | Synthesis of metal oxide semiconductor nanoparticles from a molecular cluster compound |
| CN103880064B (zh) * | 2014-03-24 | 2015-07-08 | 济南大学 | 一种在陶瓷管上原位生长二维片状结构纳米氧化锌的方法 |
| CN104692671A (zh) * | 2015-04-02 | 2015-06-10 | 天津城建大学 | 基于ZnO纳米阵列涂层的超疏水自清洁玻璃的制备方法 |
-
2015
- 2015-10-31 CN CN201510722652.0A patent/CN105271362B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105271362A (zh) | 2016-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105271362B (zh) | 一种具有花瓣效应的ZnO纳米结构的制备方法 | |
| Yang et al. | Synthesis of ZnO nanosheets via electrodeposition method and their optical properties, growth mechanism | |
| CN107321583B (zh) | 微纳米分级结构超疏水表面的原位构建方法及应用 | |
| CN105236912A (zh) | 一种复合纤维增强疏水SiO2气凝胶及其制备方法 | |
| CN103509396B (zh) | 疏水抗菌涂层的制备方法 | |
| CN106866010B (zh) | 一种超疏水沙子的制备方法 | |
| CN104476895A (zh) | 模板压印和表面起皱相结合构筑多级有序微结构的方法 | |
| CN102492987A (zh) | 柔性衬底上溶液法生长ZnO纳米线阵列的方法 | |
| CN106986373A (zh) | 一种ZnO纳米棒的制备方法 | |
| CN102617874A (zh) | 一种二维胶体晶体薄膜及其制备方法 | |
| CN107557718B (zh) | 一种在柔性材料表面制备无机纳米材料层的方法 | |
| Kashyout et al. | Fabrication of nano-porous silicon using alkali etching process | |
| CN107759818A (zh) | 一种超滑聚四氟乙烯多孔表面的制备方法 | |
| CN107217303A (zh) | 直径可调的CH3NH3PbI3钙钛矿微米线的合成方法 | |
| CN103614915B (zh) | 一种超疏水天然纤维织物及其制备方法 | |
| CN112707391A (zh) | 一种复合水凝胶基的自供水型光热水蒸发装置 | |
| CN105670044A (zh) | 一种高强高韧纤维素纳米晶彩色膜及其制备方法 | |
| Cao et al. | High-rate long-lasting solar desalination towards hypersaline brine enabled by introducing a siphon-drop mode | |
| CN110611008A (zh) | 一种太阳能电池的增透涂层的制备方法 | |
| Zhang et al. | The coral‐inspired steam evaporator for efficient solar desalination via porous and thermal insulation bionic design | |
| CN102746580A (zh) | 一种超疏水聚丙烯薄膜及其制备方法 | |
| CN105541119A (zh) | 一种溶胶凝胶法制备透明超疏水涂层的方法 | |
| CN104311856A (zh) | 一种超疏水聚乙烯醇薄膜的制备方法及其材料 | |
| CN109679423B (zh) | 一种水性木蜡油及其制备方法 | |
| CN112915935B (zh) | 一种仿生磁性蚕丝蛋白基复合气凝胶、制备方法及应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170714 Termination date: 20201031 |