CN1944708A - 水热合成系列花状氧化锌微米/纳米结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用水热合成系列花状氧化锌微米/纳米结构的方法。以氯化锌和氨水为原料，溶液的pH值调整到10.40～12.00之间。把衬底处理后，平放入带有插塞的反应器皿中；将上述配制好的溶液置于上述反应器皿中、盖好，然后放入干燥烘箱加热，取出反应器皿，倒出反应后的透明液体而留下白色沉淀物，再把反应器皿密封好，在室温下保存数小时后，取出样品，用去离子水清洗后晾干，花状ZnO微米/纳米晶体沉积于衬底表面。本发明方法制备的花状结构是由大量的六边形片状组成，主要应用于化学传感器、光存储器以及光催化等。另外，此发明方法具有方法简单、成本低、可控性好、大面积合成且无污染等优点，所以能够进行工业化生产。

Description

水热合成系列花状氧化锌微米/纳米结构的方法
技术领域
本发明属于半导体纳米材料制备领域，具体涉及一种微米/纳米氧化锌的制备方法，特别涉及一种利用水热合成法制备系列花状ZnO微米/纳米结构的制备方法。
背景技术
作为宽禁带半导体化合物(带隙为3.37eV，室温激子能为60meV)，ZnO具有其独特的光学、电学、光电和压电等特性，已广泛用于光电子器件、太阳能电池光波导、功率器件、传感器、平板显示以及光存储等器件。迄今为止不同的化学、物理以及电化学等制备方法，主要有分子束外延、金属有机化学气相沉积、激光沉积法、溅射法、热蒸发以及水热合成等方法。分子束外延成本太高，不适合大规模生产的要求；化学气相沉积法是相对较好的方法，但是在纳米结构的可控性方面还需要改进；热蒸发由于其成本低，易于操作以及能够制备出多种形貌等优点成了制备ZnO纳米结构的主要方法之一，但其缺点在于：高温要求、可控性较差。这些合成方法各有利弊。溶液合成法由于其简单、低温、成本低、易于操作以及大面积合成等优点，备受人们的青睐，而且利用此合成方法，制备出不同材料以及具有不同形貌的纳米材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单、低成本、无污染以及大面积制备等特点的水热合成系列花状氧化锌微米/纳米结构的方法。
为了实现本发明的发明目的，采用如下的技术方案：
一种利用水热合成系列花状氧化锌微米/纳米结构的方法，包括如下步骤：
1)将质量百分比为25％的氨水滴入浓度为0.2～0.5mol/l的氯化锌溶液当中，调整溶液的pH值为10.40-12.00之间。
2)衬底的清洗，把导电性良好的衬底(如铁、铝、铜等或者镀有金属薄膜的其他衬底，如硅片、玻璃等)置于丙酮和去离子水混合液或者是已醇溶液的烧杯中，超声5min到1.5h后，平放入带有插塞的反应器皿中。
3)配制好的溶液置于带有插塞的玻璃器皿中，盖好玻璃器皿(不是绝对密封，所以溶液的气压几乎接近常压)，然后放入温度为80～150℃的干燥烘箱且加热4-8h，取出玻璃器皿。
4)倒出反应后的透明液体且留下白色沉淀物，再把玻璃器皿密封好，在室温下保存2-6h后，取出样品，用去离子水清洗后自然晾干。
5)通过改变溶液的浓度和pH值，可以制备出不同形貌的花状ZnO纳米/微米结构。单个花状有6～18μm大小，而片状六边行的边长为500nm～2μm之间，厚度在80nm～300nm之间。
采用上述技术方案制备的ZnO微米/纳米结构的方法可以实现大面积的合成且具有方法简单、成本低、条件温和以及对环境无污染等优点，从而可实现工业化生产。解决了微纳级ZnO应用中(尤其在场发射平板显示器中)大面积、低成本以及可控性制备等问题。再者与其他的化学合成方法相比较，
本发明方法只采用了两种化学试剂，没有添加任何活性剂或者有机物，所以成本较低而且合成的微米/纳米材料纯度较高。本发明制备的花状结构是由片状六边行组成，由于其具有大的比表面积，在化学传感器、光催化以及光存储等方面有着巨大的应用前景。
附图说明
图1是不同反应溶液pH值下的扫描电镜照片。
图2是不同反应溶液浓度下的扫描电镜照片。
图3是其中一个花状形貌的ZnO微米/纳米结构的XRD图谱。
具体实施方式
下面具体实施例只是进一步说明本发明是如何实现的，而不限制本发明的范围：
实施例1
1)将质量百分比为25％的氨水滴入浓度为0.35mol/l的氯化锌溶液当中，调整溶液的pH值分别为10.40，10.80和11.15。
2)衬底的清洗，把铜片置于丙酮和去离子水混合液或者是已醇溶液的烧杯中，超声5min到1.5h不等后，平放入带有插塞的反应器皿中。
3)将配制好的溶液置于带有插塞的玻璃器皿中，盖好玻璃器皿(不是绝对密封，所以溶液的气压几乎接近常压)，然后放入温度为95℃的干燥烘箱且加热5.5h，取出玻璃器皿。
4)倒出反应后的透明液体而留下白色沉淀物，再把玻璃器皿密封好，在室温下保存4h后，取出样品，用去离子水清洗后自然晾干。在铜片上衬底沉积一层白色薄膜，场发射扫描电镜(FESEM)进一步表明此白色物分别为不同形貌的花状ZnO纳米/微米晶体，见图1中的a、b、c所示。
本实施例生长的花状结构ZnO微纳材料样品的X-射线衍射(XRD)图谱，见图3，结果显示为典型的六方钎锌矿ZnO晶体，而且没有其他任何杂质。
实施例2
1)将质量百分比为25％的氨水滴入浓度分别为0.2，0.35和0.45mol/l的氯化锌溶液当中，调整溶液的pH值为10.60左右。
2)衬底的清洗，把铜片置于丙酮和去离子水混合液或者是已醇溶液的烧杯中，超声5min到1.5h不等后，平放入带有插塞的反应器皿中。
3)配制好的溶液置于带有插塞的玻璃器皿中，盖好玻璃器皿(不是绝对密封，所以溶液的气压几乎接近常压)，然后放入温度为95℃的干燥烘箱且加热5.5h，取出玻璃器皿。
4)倒出反应后的透明液体且留下白色沉淀物，再把玻璃器皿密封好，在室温下保存4h后，取出样品，用去离子水清洗后自然晾干。在铜片上衬底沉积一层白色薄膜，场发射扫描电镜(FESEM)进一步表明此白色物分别为不同形貌的花状ZnO纳米/微米材料，见图2中的a到c所示。

Claims (6)

1.一种利用水热合成系列花状氧化锌微米/纳米结构的方法，包括如下步骤：
1)、将氨水滴入氯化锌溶液当中，调整溶液的pH值为10.40-12.00之间；
2)、衬底的清洗：把导电性良好的衬底置于丙酮和去离子水混合液或者无水已醇的烧杯中，超声5min到1.5h后，平放入带有插塞的反应器皿中；
3)、将1)步骤配制好的溶液置于带有插塞的玻璃器皿中盖好，然后放入温度为80～150℃的干燥烘箱且加热4-8h后，取出玻璃器皿。
4)、倒出反应后的透明液体且留下白色沉淀物，再把玻璃器皿密封好，在室温下保存2-6h后，取出样品，用去离子水清洗后自然晾干即得本发明不同形貌的花状ZnO纳米/微米结构。
2.根据权利要求1所述的一种ZnO微米/纳米结构的制备方法，其特征在于，
1)步骤中所述氨水为质量百分比为25％的氨水，氯化锌溶液的浓度为0.2～0.5mol/l。
3.根据权利要求1所述的一种ZnO微米/纳米结构的制备方法，其特征在于，所述衬底为铁、铝、铜或者镀有金属薄膜的硅片、玻璃中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种ZnO微米/纳米结构的制备方法，其特征在于，所述反应是在接近常压下进行的。
5.根据权利要求1所述的一种ZnO微米/纳米结构的制备方法，其特征在于，通过改变溶液的浓度和pH值，可以制备出不同形貌的花状ZnO纳米/微米结构。
6.根据权利要求1所述的一种ZnO微米/纳米结构的制备方法，其特征在于，所获得的单个ZnO花状结构是由数十个六边行片状结构组成，单个花有6～18μm大小，而片状六边行的边长为500nm～2μm之间，厚度在80nm～300nm之间。
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