專利名稱：納米氧化鋅線的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋅氧化物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用固體核徑跡技術(shù)制備納米氧化鋅線的方法。
背景技術(shù)：
一維納米氧化鋅線材料，具有量子尺寸效應(yīng)、界面效應(yīng)、量子限域效應(yīng)，在力、電、 光、磁等方面具有其它材料不具備的優(yōu)良性能。目前，制備納米氧化鋅線多采用氣一液一固生長機(jī)理的方法(見文獻(xiàn) Huang，Μ. H. ；ffu, Y. ；Feick, H. ；Tran, N. ；Weber, Ε. ；Yang, P.Adv.Mater.2001，13，113 ；以及文獻(xiàn) Kong，Y.C. ；Yu, D. P. ；Zhang, B. ；Fang, W. ；Feng, S. Q. Appl. Phys. Lett. 2001，78，407.)，或化學(xué)氣相沉積法(見文獻(xiàn)恥，J. 2J. ；Liu, S. 2C. Adv. Mater. 2002，14，215.)。然而這些方法中多以昂貴的藍(lán)寶石、單晶硅為固體基底，需要復(fù)雜貴重的儀器設(shè)備和較高的溫度。文獻(xiàn)Vayssieres，L. ；Keis, K. ；Lindquist, S. 2E.； Hagfeldt, A. J. Phys. Chem. B 2001，105,3350.中，Vayssieres 等人用簡單的濕化學(xué)方法在基底上制備出高度取向的納米氧化鋅線，這一方法雖然簡便易行，但是生成的單根棒的直徑較大約為 1 2μπι。文獻(xiàn) Govender，K. ；Boyle, D. S. ；0' Brien, P. ；Binks, D. ；West， D. ；Coleman, D. Adv. Mater. 2002，14，1221.中，Govender等人采用預(yù)先在導(dǎo)電玻璃基底上濺射一層金膜，然后在特定溶液中生長的方法，在基底上制備出高度取向的納米氧化鋅線， 但是生成的單根棒的直徑仍然較大，平均直徑約為532nm，限制了納米氧化鋅線在納米電子器件等領(lǐng)域的應(yīng)用。文獻(xiàn)郭敏，刁鵬，蔡生明，化學(xué)學(xué)報，2003,61 (8)，1165中，郭敏等人改進(jìn)了 Vayssieres的方法，在ITO基底上制備納米氧化鋅納米粒子膜，然后用低溫水熱的方法成功地制備出平均直徑為150nm的納米氧化鋅線陣列。以多孔材料為模板在孔內(nèi)沉積制備氧化鋅納米線的工作開始于Possin (見文獻(xiàn)Possin，Ε. Rev. Sci. Instrum. ,1970,41 772)，常用的模板有氧化鋁模板(見文獻(xiàn)Qingtao Wang ；Guanzhong Wang ；Bo Xu,Materials Letters 59 Q005) 1378 ；以及文獻(xiàn) Wang，Χ· W. ；Fei,G. Τ. ；ffu, B. ；Chen, L. ；Chu, Ζ. Q. Phys. Lett. A, 2006, 359 :220)，多孔硅模板(見文獻(xiàn) Chang，C. C. ；Chang, C. S. Jpn. J. Appl. Phys.， 2004,43 :8360)、重離子模板(見文獻(xiàn) Y. L印rince-Wang，A. Yacoubi-Ouslim, G. Y. Wang, Microelectronics Journal 36 (2005) 625)。其中氧化鋁模板具有納米孔徑小(IOnm)，密度大(1012/Cm2)，耐高溫的特點而廣泛使用，但是當(dāng)用酸或堿去除氧化鋁模板之后，納米線將聚集在一起，其有序性被破壞。因此由于氧化鋁的存在，很大程度上限制了它的實際應(yīng)用前景。而重離子模板，如聚碳酸酯(PC)、聚酯(PET)等，與其他模板比較具有很多優(yōu)點，通過控制輻照離子參數(shù)可以實現(xiàn)對徑跡密度大小和排列方向的選擇。例如，在加速器上控制重離子的輻照劑量可以實現(xiàn)孔徑密度106-109/cm2，孔徑大小和形狀可以通過控制蝕刻劑組成、 蝕刻溫度、蝕刻時間以及徑跡蝕刻速率Vt和整體蝕刻速率Vb的比值(Vt/Vb)來調(diào)節(jié)。其中法國的Y. Leprince等人在聚碳酸酯表面的孔徑為30nm、60nm，IOOnm和150nm核徑跡孔內(nèi)電化學(xué)沉積制備了氧化鋅納米線，但是他們制備的氧化鋅納米線長僅為1. 5μπι，而且不是有序排列的陣列。
發(fā)明內(nèi)容
(一)發(fā)明目的針對目前以多孔材料為模板，在孔內(nèi)沉積制備氧化鋅納米線的方法所存在的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種以多孔材料為模板，在孔內(nèi)電化學(xué)沉積長度較長、有序排列的氧化鋅納米線的制備方法。( 二 )技術(shù)方案為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案一種氧化鋅納米線制備方法，以孔徑為100 600nm的穿透型核孔膜為模板，先在核孔膜的一面鍍110 200nm的金層，再在金層上電化學(xué)沉積一層10-40 μ m厚的銅層，做支撐襯底材料和電陰極材料；接著以鉬絲作陽極，以金銅襯作陰極，電化學(xué)沉積氧化鋅，生成氧化鋅納米線，其中電解液是0. 05 0. 2mol/LKCl、2 7mmol/L ZnCl2、3 8mmol/L H2O2 的混合溶液，PH值為6. 5 7. 5，電解電壓為0. 8 1. 5V，電化學(xué)沉積時間為1 5小時。所述的核孔膜選用聚碳酸酯或聚酯材料。在核孔膜上鍍金層采用的工藝是真空蒸發(fā)的方法。(三)發(fā)明效果氧化鋅納米線制備完成后，采用二氯甲烷(CH2Cl2)溶液溶解核孔膜，氧化鋅納米線就直立在金銅襯底上。電子掃描電鏡圖片顯示，矗立在金銅襯底上的是有序排列的圓錐形氧化鋅納米線陣列，直徑為100 600nm，長度為5 8 μ m，該尺寸的氧化鋅納米線可滿足工業(yè)使用要求。
實施例下面結(jié)合實施例對發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步闡述。利用中國原子能科學(xué)研究院HI-13串列加速器提供的能量為80MeV、流強(qiáng)為20nA 的”S離子輻照20 μ m厚的聚碳酸酯膜或聚酯膜，輻照密度為IO8-IO9個/cm2。輻照過的樣品置于清潔干燥的環(huán)境中放置一段時間，用酒精清洗后，用360nm波長的紫外光將樣品的兩個表面各輻照敏化1小時，使得潛徑跡中發(fā)生光致氧化作用，徑跡孔被加深或加寬，提高徑跡的蝕刻速率Vt。最后在恒溫浴中進(jìn)行蝕刻，蝕刻條件為=NaOH溶液，濃度為6m0l/L-7m0l/ L,溫度為55°C -65°C，蝕刻時間為6min-18min，得到孔徑為100nm-600nm的具有穿透型核徑跡孔的模板，本實施例使用的孔徑是400nm-500nm。采用真空蒸發(fā)的方法，在蝕刻后的聚碳酸酯膜或聚酯膜的一面先用真空蒸發(fā)的方法鍍一層110 200nm厚，優(yōu)選180nm的Au層，再在金層上電化學(xué)沉積一層約15 25 μ m 厚，優(yōu)選20 μ m厚的銅層，作為模板的支撐襯底材料和電陰極材料。將聚碳酸酯膜或聚酯膜核徑跡模板在超聲波電解液中清洗lmin，以排除孔徑內(nèi)的空氣，使得氧化鋅充分沉積在孔內(nèi)。以鉬絲作陽極，金銅襯底作陰極，電化學(xué)沉積氧化鋅納米線，電解液是0. 05 0. 2mol/ L KCl,2 7mmol/L ZnCl2,3 8mmol/L H2O2的混合溶液，本實施推薦使用的是0. lmol/L KCl、5mmol/L ZnCl2,5mmol/L H2O2的混合溶液，所有化學(xué)試劑都為分析純，采用微孔過濾器系統(tǒng)的超純水(> 18ΜΩ)來配制溶液，電解液是pH值為6. 5 7. 5的準(zhǔn)中性溶液，本實施例推薦的PH值為6. 85。采用可調(diào)的恒定電壓儀，調(diào)節(jié)電壓為0. 8 1. 5V，本實施例推薦使
4用的是1. 0V，在陰極上發(fā)生的反應(yīng)是H202+2e" ^ 20WΖη2++20Γ — Ζη0+Η20沉積1 5小時，本實施例推薦沉積2. 5小時，氧化鋅就會沉積滿核徑跡孔。然后把沉積了氧化鋅的樣品在去離子水中清洗干凈并晾干。氧化鋅納米線制備完成后，采用二氯甲烷(CH2Cl2)溶液溶解聚碳酸酯膜或聚酯膜核徑跡模板，溶解過程中每隔20min更換一次溶液。三次后便可徹底溶解完聚碳酸酯膜或聚酯膜核徑跡模板，氧化鋅納米線就直立在銅襯底上，X射線衍射儀和能量色散X熒光光譜儀分析結(jié)果顯示，制備的氧化鋅納米線是具有高純度的六方晶系氧化鋅納米材料，直徑為400 500nm，長度為6 7 μ m。顯然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，假若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求其等同技術(shù)的范圍內(nèi)， 則本發(fā)明也意圖包含這些修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋅納米線制備方法，是以孔徑為100 eoonm的穿透型核孔膜為模板，先在核孔膜的一面鍍110 200nm的金層，再在金層上電化學(xué)沉積一層10-40 μ m厚的銅層， 做支撐襯底材料和電陰極材料；接著以鉬絲作陽極，以金銅襯作陰極，電化學(xué)沉積氧化鋅， 生成氧化鋅納米線，其中電解液是0.05 0. 2mol/L KC1、2 7mmol/L &iC12、3 8mmol/L H2O2的混合溶液，pH值為6. 5 7. 5，電解電壓為0. 8 1. 5V，電化學(xué)沉積時間為1 5小時。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅納米線制備方法，其特征在于所述的核孔膜選用聚碳酸酯或聚酯材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅納米線制備方法，其特征在于所述的穿透型核孔膜輻照后的蝕刻條件為，蝕刻液為6m0l/L-7m0l/L的NaOH溶液，蝕刻溫度為55°C -65°C，蝕刻時間為 6min-18min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅納米線制備方法，其特征在于所述的在核孔膜上鍍金層采用的工藝是真空蒸發(fā)的方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化鋅納米線制備方法，其特征在于所述的聚碳酸酯或聚酯材料在氧化鋅納米線制備完成后，用二氯甲烷溶液溶解。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用固體核徑跡技術(shù)制備納米氧化鋅線的方法。該方法以孔徑為100～600nm的穿透型核孔膜為模板，先在核孔膜的一面鍍110～200nm的金層，再在金層上電化學(xué)沉積一層10～40μm厚的銅層。接著以鉑絲作陽極，以金銅襯作陰極，電化學(xué)沉積氧化鋅，生成氧化鋅納米線，其中電解液是0.05～0.2mol/L KCl、2～7mmol/L ZnCl2、3～8mmol/L H2O2的混合溶液，pH值為6.5～7.5，電解電壓為0.8～1.5V，電化學(xué)沉積時間為1～5小時。生產(chǎn)的是氧化鋅納米線直徑為100～600nm，長度為5～8μm。
文檔編號B82Y40/00GK102220596SQ20111012985
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者倪邦發(fā), 劉存兄, 劉超 申請人:中國原子能科學(xué)研究院