PL226487B1 - Hydrotermalny sposób wytwarzania nanosłupków ZnO na podłożu - Google Patents
Hydrotermalny sposób wytwarzania nanosłupków ZnO na podłożuInfo
- Publication number
- PL226487B1 PL226487B1 PL402755A PL40275513A PL226487B1 PL 226487 B1 PL226487 B1 PL 226487B1 PL 402755 A PL402755 A PL 402755A PL 40275513 A PL40275513 A PL 40275513A PL 226487 B1 PL226487 B1 PL 226487B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- substrate
- growth
- zno
- reaction mixture
- hydrothermal method
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 239000002061 nanopillar Substances 0.000 title abstract 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims abstract description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 10
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 27
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N zinc nitrate Chemical group [Zn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N acetic acid;zinc Chemical compound [Zn].CC(O)=O.CC(O)=O ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940057499 anhydrous zinc acetate Drugs 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001652 electrophoretic deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- DJWUNCQRNNEAKC-UHFFFAOYSA-L zinc acetate Chemical compound [Zn+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O DJWUNCQRNNEAKC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229960000314 zinc acetate Drugs 0.000 description 1
- 239000004246 zinc acetate Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest hydrotermalny sposób wytwarzania nanosłupków ZnO na podłożu, zawierającym kulki eutektyczne lub metaliczną warstwę zarodkującą wzrost. W sposobie tym podłoże umieszcza w mieszaninie reakcyjnej o pH 6,5-12 zawierającej rozpuszczalnik, co najmniej jeden prekursor tlenu, i co najmniej jeden prekursor cynku, a następnie mieszaninę reakcyjną, podgrzewa się do temperatury powyżej 25°C, i przez co najmniej 1 sekundę prowadzi się wzrost nanosłupków ZnO.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest hydrotermalny sposób wytwarzania nanosłupków ZnO na podłożu, zawierającym kulki eutektyczne lub metaliczną warstwę zarodkującą wzrost, korzystnie warstwę złota. Podłoża zawierające takie nanosłupki przeznaczone są do zastosowania w czujnikach pomiaru stężeń gazów i cieczy, w ogniwach fotowoltaicznych a także w przyrządach emisyjnych.
W literaturze opisane są różne sposoby wytwarzania nanosłupków ZnO.
Na przykład w publikacji: E. Wolska, B. S. Witkowski, M. Godlewski, ZnO Nanopowders by a Microwave Hydrothermal Method - Influence of the Precursor Type on Grain Sizes, Acta Physica Polonica A, Vol. 119, No.5, 2011, opisany jest wzrost nanostruktur ZnO w postaci nanoproszków metodą hydrotermalną wspomaganą mikrofalowo. W opisanym sposobie, nanoproszki takie otrzymuje się z mieszaniny reakcyjnej zawierającej rozpuszczalnik oraz prekursory tlenu i cynku. Mieszaninę taką umieszcza się w reaktorze a następnie w warunkach podwyższonego ciśnienia i przy podwyższonej temperaturze prowadzi się wzrost. Wzrost zachodzi w całej objętości, a wytworzone struktury (nanoproszki) nie są przymocowane do żadnego podłoża, co utrudnia ich praktyczne wykorzystanie.
Z publikacji: Sang-Woo Kim, Shizuo Fujita, Shigeo Fujita, ZnO nanowires with high aspect ratios grown by metalorganic chemical vapor deposition using gold nanoparticles, Applied Physics Letters
86, 153119, 2005, znany jest sposób wytwarzania nanosłupków, w którym wzrost prowadzony jest metodą MOCVD (ang. Metal Organic Chemical Vapor Deposition). W sposobie tym, najpierw na krzemowe podłoże, metodą powlekania wirowego nanosi się z roztworu, nanocząstki złota. Nanocząstki złota stanowią katalizator dla wzrostu słupków ZnO zgodnie z mechanizmem wzrostu para - ciecz - ciało stałe (VLS) (ang. Vapour - Liquid - Solid). Następnie przy określonej szybkości przepływu gazów w komorze reakcyjnej, przy obniżonym ciśnieniu, w temperaturze ok. 550°C prowadzi się wzrost nanosłupków (nanocząstki złota płyną na froncie wzrostu).
Wytwarzanie nanosłupków metodą MOCVD wymaga dosyć złożonego układu, który zapewniałby precyzyjną kontrolę parametrów procesu.
Z kolei w pracy: Ki-Woong Chae, Qifeng Zhang, Jeong Seog Kim, Yoon-Ha Jeong and Guozhong Cao, Low-temperature solution growth of ZnO nanotube arrays, Beilstein J. Nanotechnol. 2010,
1, 128-134 znany jest sposób przygotowania podłoża zarodkującego. W pracy tej, podłoże pokrywa się za pomocą osadzania elektroforetycznego związkami zawierającymi tlen i cynk a następnie podd aje się je wygrzewaniu w temperaturze 500°C przez 30 minut. W wyniku tego procesu na powierzchni podłoża powstają zarodki ZnO dla wzrostu nanosłupków. Sam proces wzrostu nanosłupków jest powolny i trwa od 10 do 20 godzin.
Wadą tego sposobu są trudności w przygotowaniu zarodkującego podłoża a ponadto długotrwały, bo powolny wzrost.
Z patentu PL 222 013 znany jest sposób, w którym podłoże, korzystnie z krzemu zawierające na powierzchni metaliczne kulki eutektyczne lub metaliczną warstwę zarodkującą wzrost umieszcza się w mieszaninie reakcyjnej o pH 6,5-12. Przy czym mieszanina ta zawiera rozpuszczalnik, co najmniej jeden prekursor tlenu, i co najmniej jeden prekursor cynku. Następnie temperaturę mieszaniny reakcyjnej podnosi się do temperatury 50-95°C i przez co najmniej 1 minutę, prowadzi się wzrost nanosłupków ZnO.
Korzystnie jest jeżeli prekursorem tlenu w mieszaninie reakcyjnej jest woda, a prekursorem cynku jest azotan cynku lub octan cynku.
Celem wynalazku jest opracowanie niskotemperaturowego i szybszego sposobu wytwarzania nanosłupków.
W sposobie według wynalazku nanosłupki ZnO wytwarza się na podłożu, które zawiera na powierzchni metaliczne kulki eutektyczne lub metaliczną warstwę zarodkującą wzrost, korzystnie złotą. Podłoże takie umieszcza się w mieszaninie reakcyjnej o pH 6,5-12 zawierającej rozpuszczalnik, co najmniej jeden prekursor tlenu i co najmniej jeden prekursor cynku. W sposobie tym, po umieszczeniu podłoża w mieszaninie reakcyjnej, podnosi się temperaturę mieszaniny do 25-49°C i przez
1-59 sekund prowadzi się wzrost nanosłupków ZnO.
Sposób według wynalazku jest prosty, nie wymaga stosowania skomplikowanej aparatury do kontroli przepływu gazów lub cieczy czy utrzymania wysokiej próżni. Jest procesem bezpiecznym, bo wzrost odbywa się w niskiej temperaturze (25-49°C) i może odbywać się przy ciśnieniu atmosferycznym. Przygotowanie mieszaniny reakcyjnej wymaga jedynie wymieszania prekursorów w wodzie
PL 226 487 B1 lub w innym rozpuszczalniku. Proponowany sposób wykorzystuje mechanizm zarodkowania wzrostu nanosłupków w roztworze poprzez warstwę metaliczną osadzoną na podłożu.
Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na przykładzie wykonania nanosłupków ZnO na podłożu z krzemu.
Przykładowy sposób składa się z dwóch etapów. Pierwszy etap polega na odpowiednim przygotowaniu podłoża. W przykładowym sposobie jako podłoża użyto płytki z krzemu o grubości 0,5 mm. o orientacji 100. Na powierzchnię tego podłoża, metodą rozpylania katodowego, napylono cienką, 1 nm warstwę złota. W drugim etapie przygotowano mieszaninę reakcyjną o pH równym 8. W tym celu do naczynia wlano wodę dejonizowaną, która spełnia rolę rozpuszczalnika i prekursora tlenu, (ale może to być także rozpuszczalnik alkoholowy) i rozpuszczono w niej prekursor cynku, w postaci bezwodnego octanu cynku. Odpowiednie pH mieszaniny uzyskano po dokładnym wymieszaniu, poprzez strącanie wodorotlenku metalu, jakim jest wodorotlenk sodu (ale może być to także wodorotlenek potasu). W tak przygotowanej mieszaninie umieszczono wcześniej przygotowane podłoża z warstwą złota na powierzchni. Proces wzrostu nanosłupków prowadzono przy ciśnieniu atmosferycznym, w temperaturze ~40°C.
W trakcie procesu, warstwa złota na powierzchni zarodkowała wzrost nanosłupków ZnO tak, że struktury wyrosły bezpośrednio na tej warstwie. Proces wzrostu prowadzono przez 30 sekund. Po procesie, próbka zawierająca na powierzchni nanosłupki ZnO została wypłukana w izopropanolu w celu pozbycia się produktów ubocznych reakcji.
W rezultacie tego procesu wytworzono na powierzchni krzemowego podłoża nanosłupki ZnO o wysokości ok. 1 pm, w kształcie graniastosłupów prawidłowych sześciokątnych i w ilości ok. 80 nanosłupków/pm2. Otrzymane nanosłupki związane są z podłożem, w związku z czym mogą być wykorzystywane do praktycznych zastosowań typu sensorowego, fotowoltaicznego czy emisyjnego.
Sposób według wynalazku, może być prowadzony na podłożach o dużych rozmiarach, jest szybki i prosty, przez co jest sposobem tanim, wydajnym i doskonale nadaje się do zastosowań na skalę przemysłową.
Claims (1)
1. Hydrotermalny sposób wytwarzania nanosłupków ZnO na podłożu, zawierającym kulki eutektyczne lub metaliczną warstwę zarodkującą wzrost, korzystnie warstwę złota, w którym, podłoże, korzystnie krzemowe umieszcza się w mieszaninie reakcyjnej o wartości pH 6,5-12, zawierającej rozpuszczalnik, co najmniej jeden prekursor tlenu, i co najmniej jeden prekursor cynku, a następnie mieszaninę reakcyjną, podgrzewa się, znamienny tym, że mieszaninę reakcyjną w której umieszczone jest podłoże podgrzewa się do temperatury 25-49°C i przez 1-59 sekund w tych warunkach prowadzi się wzrost nanosłupków ZnO.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL402755A PL226487B1 (pl) | 2013-02-13 | 2013-02-13 | Hydrotermalny sposób wytwarzania nanosłupków ZnO na podłożu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL402755A PL226487B1 (pl) | 2013-02-13 | 2013-02-13 | Hydrotermalny sposób wytwarzania nanosłupków ZnO na podłożu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL402755A1 PL402755A1 (pl) | 2014-08-18 |
| PL226487B1 true PL226487B1 (pl) | 2017-07-31 |
Family
ID=51302481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL402755A PL226487B1 (pl) | 2013-02-13 | 2013-02-13 | Hydrotermalny sposób wytwarzania nanosłupków ZnO na podłożu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL226487B1 (pl) |
-
2013
- 2013-02-13 PL PL402755A patent/PL226487B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL402755A1 (pl) | 2014-08-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tao et al. | The effect of seed layer on morphology of ZnO nanorod arrays grown by hydrothermal method | |
| Li et al. | Controllable growth of well-aligned ZnO nanorod arrays by low-temperature wet chemical bath deposition method | |
| Amin et al. | Influence of pH, precursor concentration, growth time, and temperature on the morphology of ZnO nanostructures grown by the hydrothermal method | |
| Gopalakrishna et al. | Effect of annealing on the properties of nanostructured CuO thin films for enhanced ethanol sensitivity | |
| Zhao et al. | Growth and morphology of ZnO nanorods prepared from Zn (NO3) 2/NaOH solutions | |
| Qiu et al. | Synthesis and Characterization of Flower‐Like Bundles of ZnO Nanosheets by a Surfactant‐Free Hydrothermal Process | |
| Yu et al. | Shape alterations of ZnO nanocrystal arrays fabricated from NH3· H2O solutions | |
| Hossein-Babaei et al. | Growth of ZnO nanorods on the surface and edges of a multilayer graphene sheet | |
| CN101913907A (zh) | 一种在衬底上制备生长位置精确可控的ZnO纳米/微米棒晶的方法 | |
| JP2008169053A (ja) | 高ｃ軸配向高比表面積ＺｎＯ結晶自立膜及びその作製方法 | |
| Hu et al. | Development of a wet chemical method for the synthesis of arrayed ZnO nanorods | |
| Zhang et al. | Hydrothermal synthesis of ZnO Crystals: Diverse morphologies and characterization of the photocatalytic properties | |
| US20150080208A1 (en) | Oxide-based nanostructures and methods for their fabrication and use | |
| Kim et al. | Effect of ZnCl2 concentration on the growth of ZnO by electrochemical deposition | |
| Yang et al. | Single-crystalline β-Ga2O3 hexagonal nanodisks: synthesis, growth mechanism, and photocatalytic activities | |
| Wang et al. | Control growth of catalyst-free high-quality ZnO nanowire arrays on transparent quartz glass substrate by chemical vapor deposition | |
| Gong et al. | UV irradiation assisted growth of ZnO nanowires on optical fiber surface | |
| CN104229862B (zh) | 一种制备交叉型氧化锌纳米线阵列的方法 | |
| Prabakar et al. | Growth control of ZnO nanorod density by sol–gel method | |
| PL226487B1 (pl) | Hydrotermalny sposób wytwarzania nanosłupków ZnO na podłożu | |
| CN105198232B (zh) | 一种变化直径的ZnO定向纳米柱阵列材料及其制备方法 | |
| Ranjith et al. | Control of interconnected ZnO nanowires to vertically aligned ZnO nanorod arrays by tailoring the underlying spray deposited ZnO seed layer | |
| PL222013B1 (pl) | Hydrotermalny sposób wytwarzania nanosłupków ZnO na podłożu | |
| Kim et al. | Growth and formation mechanism of sea urchin-like ZnO nanostructures on Si | |
| Gao et al. | Seed layer-free synthesis and characterization of vertically grown ZnO nanorod array via the stepwise solution route |