一種氧化鋅納米棒及其團(tuán)簇復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種氧化鋅納米棒及其團(tuán)簇復(fù)合結(jié)構(gòu)制備技術(shù)。此種制備技術(shù)在疏水性的金屬表面生長ZnO納米棒及其團(tuán)簇，到得形貌不同的氧化鋅納米棒。
【背景技術(shù)】
[0002]ZnO作為Π-VI族具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的直接寬帶隙(3.37eV，300K)化合物半導(dǎo)體材料，因其優(yōu)異的理化性能，如極高的彈性模量、極低的熱膨脹系數(shù)、高的熱穩(wěn)定性、大的激子束縛能及負(fù)的電子親合能等，在傳感器、UV發(fā)射、光電轉(zhuǎn)換、超疏水界面、光催化和發(fā)光二極管等諸多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用，近年來，受到了世界范圍的高度關(guān)注。
[0003]迄今為止，ZnO—維納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法主要有:模板輔助生長法、金屬有機(jī)氣相外延法(M0VPE)、脈沖激光沉積法(PLD)、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、電化學(xué)氣相沉積法和濕化學(xué)法等。對于一維ZnO納米陣列來說，氣相反應(yīng)法是一個主要的制備方法，氣相反應(yīng)制備得到的ZnO納米陣列具有很高的結(jié)晶性能和品質(zhì)，但是能耗大、需要昂貴的設(shè)備、苛刻的工藝條件，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。濕化學(xué)法所需反應(yīng)溫度較低(與氣相法相比)、操作簡單，設(shè)備要求低，制備成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點，成為大家研究關(guān)注的焦點。由于之前一般都把裸金屬、裸玻璃或是硅片等親水性的物質(zhì)作為基底，而對于疏水或是超疏水性的表面還很少用來生長ZnO納米棒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種氧化鋅納米棒及其團(tuán)簇復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制備方法，簡單有效、成本低廉。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種氧化鋅納米棒及其團(tuán)簇復(fù)合結(jié)構(gòu)，在潔凈的銅片表面進(jìn)行疏水化處理，在處理后的表面預(yù)制ZnO晶種層，采用倒扣法在溶液中生長得到氧化鋅納米棒及其團(tuán)簇復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0006]所述的疏水化處理包括在銅片表面涂覆紫外光刻膠、銅片表面粗糙化后再修飾氟硅烷。
[0007 ]所述的氧化鋅納米棒及其團(tuán)簇復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，在潔凈的銅片表面進(jìn)行疏水化處理，在處理后的表面預(yù)制ZnO晶種層，采用倒扣法在溶液中生長得到氧化鋅納米棒及其團(tuán)簇復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0008]所述的氧化鋅納米棒及其團(tuán)簇復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，包括下列步驟:
[0009](1)銅片表面預(yù)處理:純銅片經(jīng)丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗、吹干后浸入稀酸中清洗，然后用去離子水清洗冷風(fēng)吹干后得到潔凈的銅片備用；
[0010](2)表面疏水性處理:采用旋涂鍍膜法，在潔凈的銅片表面涂覆紫外光刻膠，或者采用氟硅烷修飾法，將潔凈銅片用氟硅烷乙醇溶液表面疏水性處理；
[0011](3)預(yù)制晶種層:利用勻膠機(jī)把制備好的ZnO晶種溶液旋涂到疏水處理的銅片上，獲得的晶種層厚度為50-500nm;
[0012](4)復(fù)合結(jié)構(gòu)生長:將生長液倒入反應(yīng)容器內(nèi)，然后將有晶種層的銅片表面面向下，懸浮于生長液中，之后密封好反應(yīng)容器，水浴生長后洗凈晾干獲得氧化鋅納米棒及其團(tuán)簇復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0013]步驟(2)中紫外光刻膠厚度為1?20μπι。
[0014]步驟(2)中氟硅烷修飾法時，將光潔或粗糙化處理的銅片放入0.1-1.0wt.%的氟硅烷乙醇溶液中，30-80°C水浴保溫30min?2h，取出用熱乙醇清洗吹干，然后置于80°C烘箱干燥lh中后取出。
[0015]步驟⑶中所述晶種溶液是把0.03mol/L的NaOH甲醇溶液加入至Ij0.0lmol/L的水合醋酸鋅甲醇溶液中，60°C攪拌2h后獲得
[0016]步驟(4)中水浴溫度是35_90°C，時間是1 _12h。
[0017]步驟(4)中所述生長液是用Κ0Η和Ζη(Ν03)2配制濃度為0.lmol.L—hWOHh2—水溶液，并控制溶液的pH值在10?12之間，充分磁力攪拌，得到的澄清溶液。
[0018]有益效果:
[0019](1)通過疏水化處理，可使銅片表面呈現(xiàn)疏水性，能促進(jìn)晶種層的不均勻沉積，疏水性越強(qiáng)，不均勻性越大；
[0020](2)疏水性可通過光刻膠厚度和氟硅烷修飾時間來調(diào)整，也可通過銅片表面預(yù)粗糙化，再修飾氟娃燒，進(jìn)一步增加疏水性，接觸角可在90-170°之間任意調(diào)節(jié)；
[0021](3)不均勻的晶種層，在進(jìn)一步進(jìn)行的溶液法生長氧化鋅時，促使表面形成了納米棒及其團(tuán)簇復(fù)合結(jié)構(gòu)，無疏水化處理，銅片表面兩步法處理后，只能獲得垂直于基底排列的陣列氧化鋅，不具有復(fù)合結(jié)構(gòu)；
[0022](4)復(fù)合結(jié)構(gòu)生長時，采用倒扣法，可避免溶液中溶質(zhì)顆粒在樣品表面沉積形成顆粒狀氧化鋅，也可抑制氧化鋅的過快生長；
[0023](5)團(tuán)簇狀氧化鋅納米復(fù)合結(jié)構(gòu)具有特殊的光學(xué)、電學(xué)和潤濕等特性。
【附圖說明】
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[0024]圖1為實施例1中銅片表面預(yù)制ZnO晶種層的掃描電鏡圖片。
[0025]圖2實施例1中銅片表面復(fù)合結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖片。
[0026]圖3為實施例1中銅片表面復(fù)合結(jié)構(gòu)的局部放大掃描電鏡圖片。
[0027]圖4為實施例1中銅片表面復(fù)合結(jié)構(gòu)的XRD圖譜。
[0028]圖5為實施例4中無疏水處理銅片表面掃描電鏡照片。
[0029]圖6為實施例4中無疏水處理銅片表面局部放大掃描電鏡照片。
[0030]圖7為實施例1中生長納米團(tuán)簇后氟硅烷表面改性后水滴的形態(tài)。
【具體實施方式】
[0031 ] 一種各向異性超疏水表面的制備技術(shù)，包括如下處理步驟:
[0032](1)銅片表面預(yù)處理:把純銅片切成大小為2cmX3cm的小塊試樣，經(jīng)丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗各5min，吹干后浸入體積分?jǐn)?shù)為10%的稀HC1溶液中60s，然后用去離子水清洗冷風(fēng)吹干后備用；
[0033](2)表面疏水性處理:采用旋涂鍍膜法，在清洗好的銅片表面旋涂一層紫外光刻膠，厚度為1?20μηι，或者，采用氟娃燒修飾法，將銅片放入0.1-1.0wt.%的氟娃燒乙醇溶液中，30-80°C水浴保溫30min?2h，取出用熱乙醇清洗吹干，然后置于80°C烘箱干燥lh中后取出；
[0034](3)預(yù)制晶種層:利用勻膠機(jī)把制備好的ZnO晶種溶液旋涂到疏水處理的銅片上，獲得的晶種層厚度為50-500nm，所述晶種溶液是把0.03mol/L的NaOH-甲醇溶液加入到0.0lmol/L的水合醋酸鋅的甲醇溶液中，60°C攪拌2h后獲得的；
[0035](4)復(fù)合結(jié)構(gòu)生長:將生長液倒入反應(yīng)容器內(nèi)，然后將有晶種層的銅片表面面向下，懸浮于生長液中，之后密封好反應(yīng)容器，將其置于電熱恒溫水槽中，在35-90°C水浴條件下，生長l-12h，取出后，依次用去離子水漂洗，無水乙醇沖洗，室溫晾干，即可獲得氧化鋅納米棒及其團(tuán)簇復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述生長液是用Κ0Η和Ζη(Ν03)2配制濃度為0.lmol.L^ZnCOH)^水溶液，并控制溶液的pH值在10?12之間，充分磁力攪拌，得到的澄清溶液。
[0036]實施例1
[0037]銅片表面預(yù)處理:把純銅片切成大小為2cmX3cm的小塊試樣，經(jīng)丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗各5min，吹干后浸入體積分?jǐn)?shù)為10%的稀HC1溶液中60s，然后用去離子水清洗冷風(fēng)吹干后備用；
[0038]表面疏水性處理:采用旋涂鍍膜法，在清洗好的銅片表面旋涂一層紫外光刻膠，厚度為lym;
[0039]預(yù)制晶種層:利用勻膠機(jī)把制備好的ZnO晶種溶液旋涂到疏水處理的銅片上，獲得的晶種層厚度為50nm，所述晶種溶液是把0.03mol/L的NaOH甲醇溶液加入到0.0lmol/L的水合醋酸鋅的甲醇溶液中，60°C攪拌2h后獲得，此時表面的SEM形貌如圖1所示。
[0040]復(fù)合結(jié)構(gòu)生長:將生長液倒入反應(yīng)容器內(nèi)，然后將有晶種層的銅片表面面向下，懸浮于生長液中，之后密封好反應(yīng)容器，將其置于電熱恒溫水槽中，在35°C水浴條件下，生長6h，取出后，依次用去離子水漂洗，無水乙醇沖洗，室溫晾干，即可獲得納米棒及其團(tuán)簇復(fù)合結(jié)構(gòu)，如圖2和圖3所示，圖4給出的XRD圖譜說明，生長出的復(fù)合結(jié)構(gòu)是氧化鋅及其團(tuán)簇，所述生長液是用Κ0Η和Ζη(Ν03)2配制濃度為0.lmol.L—tr^OHh2—水溶液，并控制溶液的pH值在10?12之間，充分磁力攪拌，得到的澄清溶液。
[0041 ] 實施例2
[0042]銅片表面預(yù)處理:把純銅片切成大小為2cmX3cm的小塊試樣，經(jīng)丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗各5min，吹干后浸入體積分?jǐn)?shù)為10%的稀HC1溶液中60s，然后用去離子水清洗冷風(fēng)吹干后備用；
[0043]表面疏水性處理:采用旋涂鍍膜法，在清洗好的銅片表面旋涂一層紫外光刻膠，厚度為ΙΟμ??;
[0044]預(yù)制晶種層:利用勻膠機(jī)把制備好的ZnO晶種溶液旋涂到疏水處理的銅片上，獲得的晶種層厚度為120nm，所述晶種溶液是把0.03mo VL的NaOH甲醇溶液加入到0.0lmo VL的水合醋酸鋅的甲醇溶液中，60°C攪拌2h后獲得；
[0045