本發(fā)明屬于納米材料領域，具體涉及一種適用于不同襯底生長圖案化氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)：

位置可控的(圖案化)生長在不同襯底上的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)如納米棒、納米片、納米線等在紫外檢測、太陽能轉(zhuǎn)換、生物傳感、場效應管、發(fā)光器件等各個領域均有著重要的用途，在目前生長氧化鋅的各種方法中，濕化學液相生長是一種重要的技術(shù)，它具有成本低、能耗小、適用于不同襯底等優(yōu)點，但缺點是其生長與襯底性質(zhì)密切相關，可控性較差。因此，開發(fā)能有效調(diào)控氧化鋅的生長，進而實現(xiàn)圖案化生長的方法是非常重要的。

“j.mater.chem.,2009,19,3847；nanolett.,2005,5,1231；chem.mater.,2008,20,4542”已介紹，在金屬或金屬氧化物襯底表面，氧化鋅納米結(jié)構(gòu)能通過濕化學方法可靠生長，在其它惰性襯底如硅、玻璃、塑料表面，很難采用濕化學方法直接生長氧化鋅納米結(jié)構(gòu)；而通過鐵離子活化或氧化鋅種子層的引入，則可以在任意惰性襯底上可靠生長氧化鋅納米結(jié)構(gòu)。但是這兩種方法均缺乏空間可控性，很難實現(xiàn)圖案化生長。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于不同襯底生長圖案化氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的方法，在襯底上制備圖案化的聚多巴胺薄膜，通過聚多巴胺對氧化鋅納米結(jié)構(gòu)生長的抑制作用，實現(xiàn)生長成圖案化的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了如下的技術(shù)方案：

適用于不同襯底生長圖案化氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的方法，在襯底上制備圖案化的聚多巴胺薄膜，通過聚多巴胺對氧化鋅納米結(jié)構(gòu)生長的抑制作用，生長成圖案化的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)。

進一步，所述步驟為：

1)在惰性襯底表面制備聚多巴胺薄膜；

2)圖案化聚多巴胺薄膜表面的制備；

3)在經(jīng)過步驟2)處理后的襯底上進行鐵離子激活或引入氧化鋅種子層；

4)濕化學方法生長氧化鋅納米棒。

進一步，先進行步驟3)，再進行步驟1)、步驟2)。

進一步，所述惰性襯底為玻片、硅片、聚丙烯片或滌綸片、

進一步，所述步驟為：

1)在金屬或金屬氧化物襯底表面制備聚多巴胺薄膜；

2)圖案化聚多巴胺薄膜表面的制備；

3)濕化學方法生長氧化鋅納米棒。

進一步，所述聚多巴胺薄膜的制備方法為：

方法1：將基底浸沒在多巴胺溶液10－30分鐘，取出后二次水沖洗，重復相同的浸泡操作數(shù)次，最后二次水沖洗，氮氣吹干，所述多巴胺溶液采用ph為6－9的三羥甲基氨基甲烷-鹽酸緩沖溶液配制，多巴胺濃度為0.1－10mg/ml；

方法2：:將基底浸沒在多巴胺溶液1～12小時，所述多巴胺溶液配制如下：將多巴胺溶于ph為8.5的三羥甲基氨基甲烷-鹽酸緩沖溶液中，多巴胺的濃度為2mg/ml。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明利用聚多巴胺為抑制層，實現(xiàn)了對氧化鋅濕化學生長的抑制，結(jié)合鐵離子激活或氧化鋅種子層，通過對聚多巴胺薄膜的圖案化，可以在任意惰性襯底上實現(xiàn)氧化鋅的圖案化生長；在金屬或金屬氧化物襯底上利用聚多巴胺也可以實現(xiàn)氧化鋅的圖案化生長。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖：

圖1表示分別生長在fe@glass(a)，pda@glass(b),pda-fe@glass(c)andfe-pda@glass(d)表面的氧化鋅的電子顯微鏡照片；

圖2表示分別生長在patterned-pda-fe@glass(a、b)和fe-patterned-pda@glass(c,d)表面的氧化鋅的電子顯微鏡照片；

圖3表示采用紫外氧化法對玻璃表面的聚多巴胺進行圖案化，再通過鐵離子激活，實現(xiàn)圖案化生長氧化鋅納米棒的示意圖；

圖4為采用pdms轉(zhuǎn)印技術(shù)將圖案化聚多巴胺薄膜轉(zhuǎn)印到玻璃表面，再通過鐵離子激活，實現(xiàn)圖案化生長氧化鋅納米棒的示意圖(a)及得到的圖案化的電子顯微鏡照片(b-e)；

圖5表示圖案化直立氧化鋅納米棒的電子顯微鏡照片；

圖6表示生長在硅片表面的圖案化氧化鋅納米棒的電子顯微鏡照片；

圖7表示生長在pet塑料片表面的圖案化氧化鋅納米棒的電子顯微鏡照片；

圖8表示聚多巴胺對不同表面上氧化鋅生長的抑制作用的總結(jié)圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件或按照制造廠商所建議的條件。

以下實施例中：聚多巴胺薄膜的制備、鐵離子激活、在襯底引入氧化鋅種子層、圖案化聚多巴胺薄膜表面的制備、濕化學方法生長氧化鋅納米棒具體參考如下：

(1)聚多巴胺薄膜的制備:

方法1：將基底浸沒在多巴胺溶液10－30分鐘，取出后二次水沖洗，重復相同的浸泡操作數(shù)次，最后二次水沖洗，氮氣吹干，所述多巴胺溶液采用ph為6－9的三羥甲基氨基甲烷-鹽酸緩沖溶液配制，多巴胺濃度為0.1－10mg/ml；

方法2：:將基底浸沒在多巴胺溶液1～12小時，所述多巴胺溶液配制如下：將多巴胺溶于ph為8.5的三羥甲基氨基甲烷-鹽酸緩沖溶液中，多巴胺的濃度為2mg/ml。

(2)鐵離子激活不同襯底：

配制fecl3新鮮溶液(濃度10mm-0.01nm)，將不同襯底放入該溶液浸泡15-120分鐘，取出后二次水清洗，氮氣吹干。本方法參考j.mater.chem.,2009,19,3847和chem.mater.,2008,20,4542。

(3)在襯底引入氧化鋅種子層

氧化鋅種子層的引入?yún)⒖糿anolett.,2005,5,1231方法。

(4)圖案化聚多巴胺薄膜表面的制備

方法一：采用pdms轉(zhuǎn)印技術(shù)，方法類似langmuir,2011,27,5709以及l(fā)angmuir,2012,28,5775。

方法二：紫外氧化法，見langmuir,2016,32,5285。具體在附有聚多巴胺膜的基底上放置一個光掩模，紫外光下照射3～15分鐘，光強10～35mw/cm²，然后二次水清洗，氮氣吹干。

方法三：液滴聚合法，在新制的多巴胺溶液(多巴胺溶于ph＝8.5的三羥甲基氨基甲烷-鹽酸緩沖溶液，2mg/ml)中加入2.0mg/ml過硫酸銨，然后將該溶液滴加到襯底表面形成小液滴，1小時后二次水沖洗，氮氣吹干，該方法參考polym.chem.,2010,1,1430。

(5)濕化學方法生長氧化鋅納米棒

方法一：生長隨機取向氧化鋅納米棒參考j.mater.chem.,2009,19,3847和chem.mater.,2008,20,4542。具體：配置含zn(no3)2·6h2o(0.1m),3％(v/v)氨水(28wt％),1％(v/v)乙二胺(≥99％)和97ml去離子水的溶液，將襯底垂直插入溶液，水浴加熱到75℃，維持1-5小時(2小時最佳)，取出襯底，自來水沖洗，氮氣吹干。

方法二：直立取向納米棒生長方法參考nanolett.,2005,5,1231方法。具體：將引入有氧化鋅種子層(即3中所述)加入含有醋酸鋅(25mm)和三亞乙基四胺(25mm)的溶液，水浴90℃維持2小時。

實施例1在玻片上生長氧化鋅納米結(jié)構(gòu)(進行鐵離子激活后直接生長氧化鋅納米結(jié)構(gòu))

具體步驟為：

1)在襯底上進行鐵離子激活：配制濃度為5mm的fecl3新鮮溶液，將襯底放入該溶液浸泡15-120分鐘，取出后二次水清洗，氮氣吹干，本方法參考j.mater.chem.,2009,19,3847和chem.mater.,2008,20,4542；

2)濕化學方法生長氧化鋅納米棒：生長隨機取向氧化鋅納米棒參考j.mater.chem.,2009,19,3847和chem.mater.,2008,20,4542，配置含zn(no3)2·6h2o(0.1m),3％(v/v)氨水(28wt％),1％(v/v)乙二胺(≥99％)和97ml去離子水的溶液，將襯底垂直插入溶液，水浴加熱到75℃，維持2小時，取出襯底，自來水沖洗，氮氣吹干。

實施例2在玻片上生長氧化鋅納米結(jié)構(gòu)(制備聚多巴胺薄膜后直接生長氧化鋅納米結(jié)構(gòu))

具體步驟為：

1)在惰性襯底表面制備聚多巴胺薄膜：將玻片浸沒在多巴胺溶液10～30min，取出后二次水沖洗，重復相同的浸泡操作5次，最后二次水沖洗，氮氣吹干，所述多巴胺溶液采用ph為8.5的三羥甲基氨基甲烷-鹽酸緩沖溶液配制，多巴胺濃度為1mg/ml。

2)步驟2)與實施例1一致。

實施例3在玻片上生長氧化鋅納米結(jié)構(gòu)(先制備聚多巴胺薄膜后進行鐵離子激活，再生長氧化鋅納米結(jié)構(gòu))

具體步驟如下：

1)在惰性襯底表面制備聚多巴胺薄膜：將玻片浸沒在多巴胺溶液10～30min，取出后二次水沖洗，重復相同的浸泡操作5次，最后二次水沖洗，氮氣吹干，所述多巴胺溶液采用ph為8.5的三羥甲基氨基甲烷-鹽酸緩沖溶液配制，多巴胺濃度為1mg/ml。

2)在經(jīng)過步驟1)處理后的襯底上進行鐵離子激活：配制濃度為5mm的fecl3新鮮溶液，將襯底放入該溶液浸泡15-120分鐘，取出后二次水清洗，氮氣吹干，本方法參考j.mater.chem.,2009,19,3847和chem.mater.,2008,20,4542；

3)濕化學方法生長氧化鋅納米棒：生長隨機取向氧化鋅納米棒參考j.mater.chem.,2009,19,3847和chem.mater.,2008,20,4542。具體：配置含zn(no3)2·6h2o(0.1m),3％(v/v)氨水(28wt％),1％(v/v)乙二胺(≥99％)和97ml去離子水的溶液，將襯底垂直插入溶液，水浴加熱到75℃，維持2小時，取出襯底，自來水沖洗，氮氣吹干。

實施例4在玻片上生長氧化鋅納米結(jié)構(gòu)(先進行鐵離子激活，再制備聚多巴胺薄膜，再生長氧化鋅納米結(jié)構(gòu))

實施例4與實施例3的區(qū)別在于先在玻璃襯底上進行鐵離子激活，再在襯底上制備聚多巴胺薄膜，再進行濕化學方法生長氧化鋅納米棒。具體步驟操作與實施例1一致。

圖1中a、b、c、d分別表示實施例1、實施例2、實施例3、實施例4生長的氧化鋅的電子顯微鏡照片，由圖1可看出在鐵離子激活的玻璃表面，氧化鋅納米棒生長良好，而在有聚多巴胺的玻璃表面不能生長，即使采用鐵離子激活。

實施例5在玻片上生長圖案化氧化鋅納米結(jié)構(gòu)

具體步驟如下：

1)在惰性襯底表面制備聚多巴胺薄膜：將玻片浸沒在多巴胺溶液10～30min，取出后二次水沖洗，重復相同的浸泡操作5次，最后二次水沖洗，氮氣吹干，所述多巴胺溶液采用ph為8.5的三羥甲基氨基甲烷-鹽酸緩沖溶液配制，多巴胺濃度為1mg/ml。

2)圖案化聚多巴胺薄膜表面的制備：采用pdms轉(zhuǎn)印技術(shù)，方法類似langmuir,2011,27,5709以及l(fā)angmuir,2012,28,5775。

3)在經(jīng)過步驟2)處理后的襯底上進行鐵離子激活：配制濃度為5mm的fecl3新鮮溶液，將襯底放入該溶液浸泡15-120分鐘，取出后二次水清洗，氮氣吹干，本方法參考j.mater.chem.,2009,19,3847和chem.mater.,2008,20,4542；

4)濕化學方法生長氧化鋅納米棒：生長隨機取向氧化鋅納米棒參考j.mater.chem.,2009,19,3847和chem.mater.,2008,20,4542。具體：配置含zn(no3)2·6h2o(0.1m),3％(v/v)氨水(28wt％),1％(v/v)乙二胺(≥99％)和97ml去離子水的溶液，將襯底垂直插入溶液，水浴加熱到75℃，維持2小時，取出襯底，自來水沖洗，氮氣吹干。

實施例6在玻片上生長圖案化氧化鋅納米結(jié)構(gòu)

實施例6與實施例5的區(qū)別在于先在玻璃襯底上進行鐵離子激活，再在襯底上制備圖案化的聚多巴胺薄膜，再進行濕化學方法生長氧化鋅納米棒。具體步驟操作與實施例5一致。

圖2中a、b表示實施例5表面的氧化鋅的電子顯微鏡照片，c、d表示實施例6表面的氧化鋅的電子顯微鏡照片，其中圖案化聚多巴胺薄膜(圓形區(qū)域)由液滴聚合法生長，可見在有聚多巴胺的區(qū)域氧化鋅不能生長。

以下附圖表示通過不同的方式生長氧化鋅：不同的襯底、制備圖案化聚多巴胺薄膜的不同方式、引入氧化鋅種子層。

圖3表示采用紫外氧化法對玻璃表面的聚多巴胺進行圖案化，再通過鐵離子激活，實現(xiàn)圖案化生長氧化鋅納米棒的示意圖(a)及得到的圖案化的電子顯微鏡及光學照片(b，c)；(d，e)是采用紫外氧化法對鐵離子激活玻璃表面的聚多巴胺進行圖案化，實現(xiàn)圖案化生長氧化鋅納米棒的電子顯微鏡及光學照片。

圖4表示采用pdms轉(zhuǎn)印技術(shù)將圖案化聚多巴胺薄膜轉(zhuǎn)印到玻璃表面，再通過鐵離子激活，實現(xiàn)圖案化生長氧化鋅納米棒的示意圖(a)及得到的圖案化的電子顯微鏡照片(b-e)。

圖5表示圖案化直立氧化鋅納米棒的電子顯微鏡照片。其中襯底是先在玻璃表面引入氧化鋅種子層(參考nanolett.,2005,5,1231方法)，再生長聚多巴胺薄膜，并通過紫外氧化法對聚多巴胺薄膜進行圖案化，最后濕化學法生長氧化鋅納米棒。

圖6表示生長在硅片表面的圖案化氧化鋅納米棒的電子顯微鏡照片。其中襯底是先在硅表面采用液滴聚合法生長聚多巴胺薄膜，再采用鐵離子激活，最后濕化學法生長氧化鋅納米棒。

圖7表示生長在pet塑料片表面的圖案化氧化鋅納米棒的電子顯微鏡照片。其中襯底是先在pet表面采用液滴聚合法生長聚多巴胺薄膜，再采用鐵離子激活，最后濕化學法生長氧化鋅納米棒。

通過圖4～7進一步論證出在任意惰性襯底上均可實現(xiàn)氧化鋅的圖案化生長。

綜合以上，可得到如圖8所示的總結(jié)圖，聚多巴胺對不同表面上氧化鋅生長的抑制作用的總結(jié)圖。

進一步使用金屬或金屬氧化物為襯底，結(jié)合聚多巴胺薄膜也可以生長圖案化的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)。

最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領域技術(shù)人員應當理解，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。