專利名稱：一種氧化銅納米線陣列薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低維納米材料制備和納米技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種氧化銅納米線陣列薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
在金屬氧化物當(dāng)中，多數(shù)為η型半導(dǎo)體，而CuO是為數(shù)不多的P型半導(dǎo)體材料之一，由于CuO可以在鐵磁材料、高溫超導(dǎo)、電池電極、氣敏等多種領(lǐng)域應(yīng)用，因此受到廣泛關(guān)注。相比于傳統(tǒng)的塊體材料，一維納米線材料由于具有小尺寸效應(yīng)和大的比表面積，因此其在納米科技技術(shù)領(lǐng)域具有更優(yōu)越的性能，越來越多的受到人們的關(guān)注和研究。其中，低維納米線材料的制備方法和應(yīng)用技術(shù)更是目前的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)。目前，氧化銅納米線的制備多采用熱氧化法，即直接在金屬銅基底上通過控制合適的溫度和時(shí)間，在大氣氣氛下進(jìn)行退火，可制備出垂直基底的氧化銅納米線陣列，此方法方便、簡(jiǎn)單。但這種方法制備的氧化銅納米線在實(shí)際應(yīng)用中存在困難。比如在氣敏方面，氧化銅納米線陣列結(jié)構(gòu)的頂電極難以設(shè)計(jì)限制了其很好的應(yīng)用；另外，在光電研究領(lǐng)域，由于這種方法制備的氧化銅納米線陣列薄膜受限于襯底，很難將這種納米線陣列薄膜完整地轉(zhuǎn)移到透明基底上，造成器件制備的困難，使得其在光電領(lǐng)域的應(yīng)用也受到很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氧化銅納米線陣列薄膜的制備方法，以克服目前的制備方法可控性較差、受限于襯底材料的缺陷。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種氧化銅納米線陣列薄膜的制備方法，采用磁控濺射法在基底上濺射金屬銅薄膜， 然后將制好的薄膜在大氣氣氛下退火即得所述的氧化銅納米線陣列薄膜。在基底上濺射制備金屬銅薄膜時(shí)，濺射工作電流為0.2-0. 3Α，工作電壓為 250-350V，基底轉(zhuǎn)速為0-20r/min?；邹D(zhuǎn)速優(yōu)選為13 r/min。銅膜的厚度不大于1. 5 μ m，否則容易脫落。本發(fā)明采用純度為99.99%的銅靶，靶材尺寸為Φ=50Χ4 mm;本底真空度為 3. OX IO"3 -4. OX IO"3 Pa,工作氣壓為0. 25-0. 8 Pa，所用工作氣體為氬氣，氣體流量為 15_30sccmo氬氣的純度優(yōu)選不低于99. 999%。采用管式爐進(jìn)行退火，升溫速率為20°C /min。 基底可選擇FTO或普通載玻片等，但是優(yōu)選FTO導(dǎo)電玻璃，從而可以直接以FTO為電極進(jìn)行運(yùn)用，如可將兩片F(xiàn)TO面對(duì)面扣在一起，在CO、等氣體的氣敏方面運(yùn)用。其中，銅薄膜制備好后，應(yīng)避免其在大氣中緩慢氧化，因此應(yīng)盡快置于管式爐中進(jìn)行退火。退火溫度為350_550°C，時(shí)間為2_10h。
退火過程中，所用管式爐靠近樣品端封閉，另一端和大氣相通。目的在于保證有適量的氧氣參與熱氧化過程。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明由于采用磁控濺射法，因此制備方法可控性好、制備靈活、不限于襯底材料，便于在工業(yè)中形成規(guī)?；a(chǎn)，也在較大程度上拓展了納米線陣列薄膜的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍。


圖1為實(shí)施例1步驟1)產(chǎn)品俯視面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖； 圖2為實(shí)施例1步驟1)產(chǎn)品截面的掃描電子顯微鏡圖3為實(shí)施例1步驟2)產(chǎn)品俯視面的掃描電子顯微鏡圖； 圖4為實(shí)施例1步驟2)產(chǎn)品截面的掃描電子顯微鏡圖； 圖5為實(shí)施例1步驟2)產(chǎn)品的紫外可見吸收光譜(Uv-Vis )； 圖6為實(shí)施例1步驟2)產(chǎn)品的X射線衍射(XRD)圖譜。
具體實(shí)施例方式以下以具體實(shí)施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此 實(shí)施例1
(1)把純度為99.99%的銅靶與清洗好的FTO放入濺射室內(nèi)后，首先使用機(jī)械泵與分子泵把濺射腔室的真空度抽到3. OX 10_3 Pa,然后充入純度> 99. 999%的氬氣，流量為23 sccm，調(diào)節(jié)主閥使真空度保持在0. 35Pa,調(diào)節(jié)使電流為0. 25A，電壓為300V，基底轉(zhuǎn)速為13 r/min，濺射時(shí)間lOmin，得到約500納米厚的金屬銅薄膜，表征見圖1和圖2。(2)將步驟(1)所得到的金屬銅薄膜迅速放入管式爐中，管式爐靠近樣品端的管口封閉，另一端和大氣相通；升溫速度為20°C /min，在大氣氣氛下500°C退火8小時(shí)，即得到垂直生長(zhǎng)的氧化銅納米線陣列薄膜，表征見附圖3-6。實(shí)施例2
1)把純度為99. 99%的銅靶與清洗好的FTO放入濺射室內(nèi)后，首先使用機(jī)械泵與分子泵把濺射腔室的真空度抽到4X10—3 Pa,然后充入純度> 99. 999%的氬氣，流量為20 sccm，調(diào)節(jié)主閥使真空度保持在3. OX KT1 Pa,調(diào)節(jié)使電流為0. 2A，電壓為350V，濺射時(shí)間 30min,得到約1. 2 μ m厚的金屬銅薄膜；
(2)將步驟(1)所得到的金屬銅薄膜迅速放入管式爐中，管式爐靠近樣品端的管口封閉，另一端和大氣相通；升溫速度為20°C /min,在大氣氣氛下450°C退火10小時(shí)，即得到垂直生長(zhǎng)的氧化銅納米線陣列薄膜。
權(quán)利要求
1.一種氧化銅納米線陣列薄膜的制備方法，其特征在于，采用磁控濺射法在基底上濺射金屬銅薄膜，然后將制好的薄膜在大氣氣氛下退火即得所述的氧化銅納米線陣列薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的氧化銅納米線陣列薄膜的制備方法，其特征在于，在基底上濺射制備金屬銅薄膜時(shí)，濺射工作電流為0. 2-0. 3A，工作電壓為250-350 V，基底轉(zhuǎn)速為 0-20r/mino
3.如權(quán)利要求2所述的氧化銅納米線陣列薄膜的制備方法，其特征在于，金屬銅薄膜的厚度不大于1. 5μπι。
4.如權(quán)利要求3所述的氧化銅納米線陣列薄膜的制備方法，其特征在于，本底真空度為3.0X10_3 -4. OXlO-3 Pa,工作氣壓為0. 25-0. 8Pa，所用工作氣體為氬氣，氣體流量為 15_30sccmo
5.如權(quán)利要求4所述的氧化銅納米線陣列薄膜的制備方法，其特征在于，靶材為純度 99. 99%的銅靶，尺寸為Φ=50Χ4謹(jǐn)。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的氧化銅納米線陣列薄膜的制備方法，其特征在于，退火溫度為350-550°C，時(shí)間為2-10h。
7.如權(quán)利要求6所述的氧化銅納米線陣列薄膜的制備方法，其特征在于，采用管式爐進(jìn)行退火，升溫速率為20°C /min。
8.如權(quán)利要求6所述的氧化銅納米線陣列薄膜的制備方法，其特征在于，基底為FTO或普通載玻片。
9.如權(quán)利要求6所述的氧化銅納米線陣列薄膜的制備方法，其特征在于，退火過程中， 所用管式爐靠近樣品端封閉，另一端和大氣相通。
全文摘要
本發(fā)明屬于低維納米材料制備和納米技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種氧化銅納米線陣列薄膜的制備方法。采用磁控濺射法在FTO基底上濺射金屬銅薄膜，然后將制好的薄膜在大氣氣氛下退火即得所述的氧化銅納米線陣列薄膜。本發(fā)明制備方法可控性好、制備靈活、不限于襯底材料，便于在工業(yè)中形成規(guī)?；a(chǎn)，也在較大程度上拓展了納米線陣列薄膜的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍。
文檔編號(hào)C23C14/58GK102181831SQ20111009405
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者喬振聰, 杜祖亮, 程綱, 程軻 申請(qǐng)人:河南大學(xué)