專利名稱：一種可控制備納米或微米器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可控制備包含單根或數(shù)根ZnO納米傳感 器件的方法。
背景技術(shù)：
納米材料，尤其是一維納米材料，由于其具有較大的比表面，以及容易形成易操控 的電流通道，從而成為制造高靈敏度的納米傳感器的理想選擇。全世界的科學(xué)家們?cè)谶@方 面已經(jīng)取得了大量令人鼓舞實(shí)驗(yàn)結(jié)果，例如利用納米線、納米管、納米帶等制成了高靈敏的 生物、氣體、化學(xué)、紫外等等傳感器。傳感器研究中，傳感器的高靈敏度是科學(xué)家們首先追求 的。以氣體傳感器為例，人們?cè)噲D通過生長(zhǎng)出具有新穎形貌的材料，或使特定的功能材料形 成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，或者利用聚合物、納米粒子對(duì)材料表面進(jìn)行修飾，以期提高傳感靈敏度。我們 熟知的一維納米材料傳感機(jī)理是利用納米材料與被探測(cè)物接觸后，納米材料的表面導(dǎo)帶內(nèi) 載流子數(shù)量或電荷態(tài)發(fā)生變化，從而引起其導(dǎo)電性發(fā)生變化，反映為回路電流的變化。納米材料的研究已經(jīng)從新型納米形貌以及新型復(fù)合納米材料的制備轉(zhuǎn)向了納米 材料的應(yīng)用研究。納米材料的應(yīng)用研究熱點(diǎn)之一是一維納米材料。在一維納米器件研究 中，大部分需要將納米材料兩端與電極相連接。這類器件的制備將面臨兩個(gè)難題其一是如 何從眾多納米材料中分離出單根納米材料；其二是如何給分離出的納米材料兩端連接上電 極。目前的這類研究大多采用高精度的光刻、微加工、微探針等手段操縱單根納米材料。眾 所周知，這些研究手段需要高昂、復(fù)雜的設(shè)備，不是普通課題組所能實(shí)現(xiàn)的。介電電泳法(Dielectrophoretic)是利用在電極上加載高頻電場(chǎng)，從而在電極附 近形成很強(qiáng)的非均勻極化場(chǎng)，通過調(diào)整電場(chǎng)的頻率和強(qiáng)度來產(chǎn)生所需要的電泳作用力，這 樣就可以操控細(xì)胞、細(xì)菌、DNA等生物分子和集團(tuán)，以及一些納米粒子的定向移動(dòng)、收集、計(jì) 數(shù)等。有研究者利用介電電泳方法也實(shí)現(xiàn)了一維ZnO納米/微米材料的器件組裝。我們對(duì)于利用介電電泳方法組裝ZnO納米/微米結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。我們利用顯微 鏡，將水熱法生長(zhǎng)的納米結(jié)構(gòu)(長(zhǎng)約20-30微米)成功組裝在自制的電極(間隙約5-15微 米)之間。不僅實(shí)現(xiàn)了單根ZnO納米/微米結(jié)構(gòu)的組裝，更實(shí)現(xiàn)了納米結(jié)構(gòu)數(shù)量的可控組 裝，即可以人為控制地組裝一根、兩根、三根、四根.......納米器件。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題在現(xiàn)有的單根ZnO納米/微米材料的器件制備過程中，有兩大主要難 題一是如何分離出單根ZnO，二是如何在單根ZnO兩端制備電極。本發(fā)明提供一種基于單 根或數(shù)根ZnO納米/微米元器件的制備方法。技術(shù)方案本發(fā)明為單根ZnO納米元器件，其特征在于，包括ZnO納米/微米結(jié)構(gòu) 和電極。其中，所述ZnO納米/微米結(jié)構(gòu)為感應(yīng)器件；所述電極為金屬電極，用于連接外電路。本發(fā)明中，采用的水熱法所生長(zhǎng)的ZnO納米/微米結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度超過30 u m。室溫下，
3在容器中配置0. 5mol/L的ZnCl2溶液，逐漸滴加NH3 -H20至pH = 10. 1-10. 8，放入清洗干凈 的玻璃襯底，密封容器后置于80-120°C的恒溫干燥箱生長(zhǎng)3-5個(gè)小時(shí)，得到長(zhǎng)度20-35 u m 的ZnO納米/微米結(jié)構(gòu)；本發(fā)明中，所用電極為在玻璃基底上用磁控濺射法或熱蒸鍍方法制備一層金屬 膜，然后用極其鋒利的刀具刻劃出為5-15 ym的狹縫而形成的。本發(fā)明中，單根Zn0納米/微米結(jié)構(gòu)的搭建用的是介電電泳法，具體步驟如下
a.將生長(zhǎng)有ZnO納米/微米結(jié)構(gòu)的玻璃基底置于少量酒精溶液中超聲15分鐘，讓 ZnO納米/微米結(jié)構(gòu)完全打散于酒精溶液中；b.取出玻璃基底，重新加入酒精，配制成ZnO濃度適中的酒精溶液，之后再超聲15 分鐘，讓ZnO納米/微米結(jié)構(gòu)均勻地分散在酒精溶液中；c.將刻劃好的電極置于制備好的溶液中，給電極兩端加上4-6V、5_6MHZ的高頻電 場(chǎng)，反應(yīng)1-10分鐘；d.將電極取出，反復(fù)用去離子水清洗多遍后，在烘箱中烘干、保存。有益效果該方法不僅實(shí)現(xiàn)了單根ZnO納米/微米結(jié)構(gòu)的組裝，更實(shí)現(xiàn)了納米結(jié)構(gòu) 數(shù)量的可控組裝，即可以人為控制地組裝一根、兩根、三根、四根.......納米器件。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明中，可控自組裝只有一根ZnO納米/微米結(jié)構(gòu)的器件方法是如下。在顯微 鏡視野中，當(dāng)兩電極間搭接一根ZnO納米/微米結(jié)構(gòu)時(shí)切斷電源。當(dāng)需要搭接兩根納米/ 微米結(jié)構(gòu)時(shí)，只需要在看到電極間搭接兩根納米/微米結(jié)構(gòu)時(shí)切斷電源即可。制備包含三 根、四根納米結(jié)構(gòu)的器件方法依此類推。本發(fā)明中，電極的形狀可以自由設(shè)計(jì)，包括單縫電極、梳狀電極、鋸齒狀電極。在鍍 好的金屬膜上，先規(guī)畫好形狀，之后再用刀具刻劃。實(shí)施例一1.在容器中配置0. 5mol/L的ZnCl2溶液，逐漸滴加NH3 -H20至pH = 10. 3，放入清 洗干凈的玻璃底片，密封容器后置于90°C的恒溫干燥箱生長(zhǎng)4個(gè)小時(shí)，得到長(zhǎng)度超過30 y m 的ZnO納米/微米棒。2.在玻璃基底上用磁控濺射法一層金屬鋁膜，然后用極其鋒利的刀具刻劃出為 8ym的狹縫而形成電極。3.單根ZnO納米/微米結(jié)構(gòu)的搭建用的是介電電泳法，具體步驟如下a.將生長(zhǎng)有ZnO納米/微米棒的玻璃基底置于少量酒精溶液中超聲15分鐘，讓 ZnO納米/微米棒完全打散于酒精溶液中；b.取出玻璃基底，重新加入酒精，配制成ZnO濃度適中的溶液，之后再超聲15分 鐘，讓ZnO納米/微米棒均勻地分散在酒精溶液中；c.將適量制備好的溶液滴加在刻劃好的電極上，給電極兩端加上5V、6MHZ的高頻 電場(chǎng)。在顯微鏡視野中，當(dāng)兩電極間搭接一根ZnO納米/微米棒時(shí)切斷電源。d.將電極取出，反復(fù)用去離子水清洗多遍后，在烘箱中烘干、保存。實(shí)施例二 1.在容器中配置0. 5mol/L的ZnCl2溶液，逐漸滴加NH3 -H20至pH = 10. 5，放入清洗干凈的玻璃底片，密封容器后置于80°C的恒溫干燥箱生長(zhǎng)3個(gè)小時(shí)，得到長(zhǎng)度超過25 y m 的潔凈ZnO納米/微米棒。2.在玻璃基底上用磁控濺射法一層金屬鋁膜，然后用極其鋒利的刀具刻劃出為 10 iim的狹縫而形成電極。3.單根ZnO納米/微米結(jié)構(gòu)的搭建用的是介電電泳法，具體步驟如下a.將生長(zhǎng)有ZnO納米/微米棒的玻璃基底置于少量酒精溶液中超聲15分鐘，讓 ZnO納米/微米棒完全打散于酒精溶液中；b.取出玻璃基底，重新加入酒精，配制成ZnO濃度適中的溶液，之后再超聲15分 鐘，讓ZnO納米/微米結(jié)構(gòu)均勻地分散在酒精溶液中；c.將適量制備好的溶液滴加在刻劃好的電極上，給電極兩端加上4V、5MHZ的高頻 電場(chǎng)。在顯微鏡視野中，當(dāng)兩電極間搭接三根ZnO納米/微米結(jié)構(gòu)時(shí)切斷電源。d.將電極取出，反復(fù)用去離子水清洗多遍后，在烘箱中烘干、保存。
權(quán)利要求
一種可控制備納米或微米器件的方法，其特征在于，該方法制備的器件包含單根或數(shù)根ZnO納米或微米結(jié)構(gòu)，具體步驟如下；a.搭建器件所用的ZnO納米或微米結(jié)構(gòu)室溫下，在容器中配置0.5mol/L的ZnCl2溶液，逐漸滴加NH3·H2O至pH＝10.1-10.8，放入清洗干凈的玻璃襯底，密封容器后置于80-120℃的恒溫干燥箱生長(zhǎng)3-5個(gè)小時(shí)，得到長(zhǎng)度20-35μm的ZnO納米/微米結(jié)構(gòu)；b.電極在玻璃襯底上用磁控濺射法或熱蒸鍍方法制備一層金屬膜，然后用鋒利的刀具刻劃出為5-15μm的狹縫而形成；c.單根ZnO納米或微米器件的搭建1)將生長(zhǎng)有ZnO納米或微米結(jié)構(gòu)的襯底置于酒精溶液中超聲10-20分鐘，取出襯底，重新加入酒精，配制成ZnO濃度適中的溶液，之后再超聲10-20分鐘；2)將刻劃好的電極放置在放大倍率為100-200倍透射模式的顯微鏡下，將配制好的溶液滴加在電極上，給電極兩端加上4-6V、5-6MHZ的高頻電場(chǎng)，反應(yīng)1-10分鐘；將電極取出，用去離子水清洗后，在烘箱中烘干、保存。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于該方法制備用于氣體傳感、生物傳感、紫外傳 感的納米或微米器件。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種可控制備單根(數(shù)根)氧化鋅(ZnO)納米或微米器件的方法。利用水熱法生長(zhǎng)出了直徑約100-300nm、長(zhǎng)度20-30μm的ZnO納米/微米棒。在顯微鏡下用介電電泳法可控地將單根ZnO棒組裝在電極之間。本發(fā)明很好地解決了ZnO納米/微米材料器件化中單根納米材料的分離及可控搭建納米器件這兩個(gè)難題。該納米/微米器件可應(yīng)用于氣體傳感、紫外傳感、生物傳感(如智能藥物膠囊)以及其它納米/微米光電器件等。
文檔編號(hào)B82B3/00GK101863448SQ20101019515
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者潘柳華, 魏昂, 黃維 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)