专利名称：化学气相沉积法制备双层氧化锌纳米线阵列的方法
技术领域：
本发明涉及一种氧化锌纳米线阵列的制备方法，特别是一种双层氧化锌纳米线阵列的制备方法。
背景技术：
ZnO作为一个宽带隙半导体材料具有较高的电子一空穴结合能(60 meV)，广泛应用于电子器件、光学器件、光电器件、激光器、发光二极管等领域。ZnO的压电和热电特性使其在传感器、发电机、光催化水解制氢等方面具有巨大的应用前景。同时，ZnO还是一种绿色材料，它具有生物相容性、生物可降解性和无毒特性，从而可以应用于医药领域和环境科学领域。一维ZnO纳米线结构具有与一维硅纳米结构同等重要性的位置，在发展纳米科学与技术方面，它正在发挥着越来越关键的作用。在当今的研究中，碳纳米管、娃纳米线、ZnO纳米线阵列是最重要的一维纳米材料。一维的ZnO纳米线可以通过高温气相沉积法和低温液相法等方法在多种衬底上制备得到。ZnO 一维纳米线的场发射性能与材料的长径比存在密切相关，长径比越大对场发射性能的改善越有利，目前有大量的研究工作致力于提高ZnO纳米线的长径比。美国达特茅斯学院J. B. Cui等采用液相法制备了不同长度的ZnO纳米线阵列，实验结果表明随着ZnO纳米线长度由200 111]1增至1.3· μ m,长径比从5. 7增至8,纳米线的开启电场从8V/μ m减小至5.7 V/μ m，而场增强因子增大了 30 %。新加坡国立大学Liu课题组采用液相法，以ITO为衬底，每3. 5小时更换一次溶液，制备了长度为33 μ m的纳米线阵列。但是，此方法制备的纳米线底部会发生一定程度的融合。为了防止重复液相法制备的纳米线阵列底部发生融合，美国匹兹堡大学Gao课题组在纳米线上附着了一层自组装单层膜，合成的四层ZnO纳米线阵列长度达到了 40 μ m。虽然自组装单层膜在一定程度上减少了纳米线阵列的底部融合，但是，此种方法制备步骤较为繁琐。2010年，新加坡国立大学Kevin等在一次液相生长的纳米线阵列上覆盖一层有机膜，当再次进行液相生长时，露在膜外面的纳米线会进行二次液相生长。但是，此方法合成的纳米线阵列中只有一部分纳米线进行了二次液相生长，且二次生长的纳米线的直径比一次生长的纳米线直径大，不利于场发射性能的提高。2011年，中科院合肥物质科学研究院Zhu课题组首先在硅片上电沉积一层ZnO纳米线阵列，然后在所合成的阵列上蒸镀一层Au颗粒，以ZnS为源材料，在电沉积ZnO纳米线阵列的基础上，采用气相法制备双层的纳米线阵列。虽然此方法能够提高ZnO纳米线阵列的长度，但是气相生长制备的纳米线长度仅有几个微米，纳米线阵列的总长度没有得到明显改善。而且所制备的纳米线的顶端有金属颗粒附着，在一定程度上会对纳米线阵列的性能造成影响。发展与完善ZnO纳米线阵列的制备方法，制备长径比大、垂直性良好、顶部无催化剂的ZnO纳米线阵列对于场致发射器件的研究具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种化学气相沉积生长法制备双层ZnO纳米线阵列的方法。为达到上述目的，本发明的反应机理如下
权利要求
1.一种化学气相沉积法制备双层氧化锌纳米线阵列的方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤 a.将单面抛光的硅片进行预处理； b.将二水合乙酸锌溶于乙醇中配制成浓度为O.01-0. 02 M的溶液，然后旋涂在步骤a所得硅片上15-20次，烘干；； c.将石墨粉和氧化锌按1:1的的质量比研磨，使其充分混合后，将步骤b所得表面涂有氧化锌晶种的硅片放在粉体的正上方，采用化学气相沉积法，在400mbar真空度下，以35-70 sccm的流速通入氩气和1_2 sccm的流速通入氧气，温度为900_950°C，保温30分钟，待温度降至室温后取出样品； d.重复步骤b和步骤C，最终得到双层氧化锌纳米线阵列。
2.根据权利要求1所述的化学气相沉积法制备双层氧化锌纳米线阵列的方法，其特征在于所述的步骤a的预处理方法为将单面抛光的100硅片放入乙醇、丙酮溶液中各超声O.5个小时，然后放入浓硫酸和双氧水按3:1体积比的混合溶液中，80°C加热I小时，将处理后的娃片放入超纯水中超声O. 5小时。
全文摘要
本发明涉及一种双层氧化锌纳米线阵列的制备方法。该方法以涂有氧化锌晶种层的硅片为衬底，采用化学气相沉积法诱导ZnO纳米线阵列的生长。在一次生长的ZnO纳米线的顶端再次旋涂一层ZnO纳米晶种层，进行ZnO纳米线阵列的气相二次生长，制备得到了双层超长ZnO纳米线阵列。本方法制备过程简单，所制备的双层ZnO纳米线阵列的长径比得到了明显提高，开启电场小，场发射性能得到了明显提升。
文档编号B82Y30/00GK103058264SQ20121044012
公开日2013年4月24日 申请日期2012年11月7日 优先权日2012年11月7日
发明者李珍, 李翠, 林栋 , 康维君, 潘登余, 吴明红 申请人:上海大学