氧化鋅超細杆陣列的製備方法
2023-05-27 11:40:16 2
專利名稱：氧化鋅超細杆陣列的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種氧化鋅超細杆陣列的製備方法，特別是將鋅離子分散在水溶性高分子材料聚乙烯醇溶液中並製備為薄膜，然後通過冷凍—融化的方法使薄膜中的聚乙烯醇相互間發生交聯，然後將聚乙烯醇薄膜在鹼性溶液中反應超過10分鐘，即可獲得表面含有氧化鋅超細杆陣列的聚乙烯醇薄膜。由於氧化鋅超細杆可以作為傳感介質而聚乙烯醇也能夠轉化為碳材料，因此該方法製備的氧化鋅超細杆陣列可以應用於傳感領域。
背景技術：
超細有序陣列是將納米及微米尺度物質單元(超細顆粒、超細團簇、超細杆或者超細線、超細管等)進行排列、組裝所形成的新的結構體系。超細有序陣列既有包括納米基元的特性，如量子尺寸效應、表面和界面效應以及宏觀量子隧道效應等，又存在由超細結構組合所引起的新的效應，如量子耦合效應、協同效應等，使其在能量存儲或轉換、傳感、下一代集成超細光子器件、生物分子的標記和識別等領域有著重要的意義。其中開發周期性超細線或者杆材料陣列的應用研究引起人們極大興趣。由於超細線或者杆材料具有平行線軸的一維性質，故會顯示出一些特殊性能，如磁性材料的巨磁阻抗效應、導電材料的電導各向異性等。這些超細線或者杆陣列的用途是作為電子器件、傳感、場發射器件等。
ZnO是一種II-VI族化合物半導體，屬六方纖鋅礦結構，其禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能為60meV，ZnO在光電、壓電、鐵電、鐵磁等諸多領域都具有優異的性能，ZnO一維超細結構還在雷射、場發射、光波導、非線性光學、光電子器件等領域有新的潛在的應用前景。
目前氧化鋅超細杆的製備方法主要有三種一種是在鹼性環境下將鋅離子直接在某種材料或者基片表面沉積；還有一種採用氣相沉積法；而另外一種則採用陽極氧化鋁作模板進行沉積。然而由於直接沉積技術往往由於作用面積小而使得前面兩種方法製備的超細杆與基片的結合不牢，限制了其應用。而陽極氧化鋁作為模板由於其工藝複雜、成本較高而限制了其應用。
為此，本發明首次提出以聚乙烯醇凝膠為鋅源載體，利用聚乙烯醇凝膠在乙醇中的低溶解性能及鋅離子在其中的擴散性能，在乙醇中製備草酸鋅超細杆陣列。然後通過高溫分解草酸鋅及炭化聚乙烯醇而獲得表面覆蓋有氧化鋅超細杆的碳膜。該薄膜可以應用於場發射顯示及氣體傳感領域。
發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種氧化鋅超細杆陣列的製備方法，該方法能夠方便、廉價、大範圍製備均勻的氧化鋅超細杆陣列，因此可望為其在包括場發射、傳感等領域的應用做出貢獻。
技術方案本發明的氧化鋅超細杆陣列的製備方法通過如下步驟進行製備A、首先製備質量百分濃度介於1wt％-10wt％的聚乙烯醇溶液；B、其次在上述聚乙烯醇溶液中加入鋅源材料使得鋅離子的質量百分濃度介於1wt％-10wt％；C、然後將上述溶液製備為薄膜；D、然後將上述乾燥的薄膜置於質量百分濃度為5％-30％的草酸乙醇溶液中反應30分鐘-72小時；E、將上述在乙醇中反應過的薄膜清洗、乾燥即可獲得以聚乙烯醇為基底的草酸鋅的超細杆陣列薄膜；F、將上述表面覆蓋有草酸鋅超細杆陣列的聚乙烯醇薄膜高溫處理使得草酸鋅分解為氧化鋅，而聚乙烯醇薄膜炭化為碳薄膜；氧化鋅超細杆的直徑尺寸介於10納米-10微米之間；氧化鋅超細杆的長度直徑之比大於1；所述的聚乙烯醇為水溶性聚乙烯醇。
所述的製備鋅源材料包括可溶性鋅鹽。
所述的步驟C中薄膜製備方法包括拉膜法、勻膠法、擠出法；有益效果氧化鋅超細線或者杆由於其在雷射、場發射、光波導、非線性光學、光電子器件等領域有廣泛應用價值而受到人們的高度重視。但是目前關於氧化鋅超細杆陣列材料的製備方法卻或者工藝複雜、或者結合強度太弱而難以大規模應用。為此，本發明首次提出以聚乙烯醇凝膠為鋅源載體，利用聚乙烯醇凝膠在乙醇中的低溶解性能及鋅離子在其中的擴散性能，在乙醇中製備草酸鋅超細杆陣列。然後通過高溫分解草酸鋅及炭化聚乙烯醇而獲得表面覆蓋有氧化鋅超細杆的碳膜。
該方法方便、廉價、能夠大範圍製備均勻的氧化鋅超細杆陣列。該法製備的氧化鋅超細杆可以用於氣體傳感及場發射顯示領域。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步的說明。
實施例1配製質量百分濃度為10％的聚乙烯醇水溶液並往其中加入氯化鋅使得最終鋅離子的質量百分濃度為1％。將上述溶液通過轉速1000轉/分鐘的勻膠法製備厚度為100微米的聚乙烯醇薄膜。薄膜製備方法包括拉膜法、勻膠法、擠出法。然後將薄膜置於質量百分濃度為20％的草酸乙醇溶液中室溫反應24小時後，取出，用無水乙醇清洗後乾燥即可獲得由數微米的草酸鋅超細杆覆蓋的聚乙烯醇薄膜。該薄膜在氮氣保護下在1200攝氏度處理5小時後得到表面由氧化鋅超細杆陣列覆蓋的聚乙烯醇炭化薄膜。該薄膜可以用於場發射裝置。
實施例2配製質量百分濃度為8％的聚乙烯醇水溶液並往其中加入硝酸鋅使得最終鋅離子的質量百分濃度為0.5％。然後在上述溶液中加入平均直徑為10納米的氧化鐵粉末使其質量百分終濃度為2％。通過將乾淨的玻璃片浸泡入上述溶液然後以10微米/秒的速度提拉的方法而獲得含鋅離子的聚乙烯醇包覆氧化鐵顆粒的薄膜。薄膜製備方法包括拉膜法、勻膠法、擠出法。然後將薄膜置於質量百分濃度為30％的草酸乙醇溶液中室溫反應48小時後，取出，用無水乙醇清洗後乾燥即可獲得由數微米的草酸鋅超細杆覆蓋的聚乙烯醇包覆氧化鐵顆粒的薄膜。將該薄膜在氮氣保護下在1200攝氏度處理5小時後獲得表面由氧化鋅超細杆陣列覆蓋的聚乙烯醇炭化包覆氧化鐵顆粒的薄膜。該薄膜可以用於氣體傳感。
實施例3
配製質量百分濃度為10％的聚乙烯醇水溶液並往其中加入硝酸鋅使得最終鋅離子的質量百分濃度為1％。將上述溶液通過一長度為1米寬度為0.2毫米的狹縫擠出並塗布在由傳送帶以1釐米/秒運動的鐵皮表面。待乾燥後可以獲得含鋅離子的聚乙烯醇薄膜。薄膜製備方法包括拉膜法、勻膠法、擠出法。然後將薄膜置於質量百分濃度為25％的草酸乙醇溶液中室溫反應72小時後，取出，用無水乙醇清洗後乾燥即可獲得由數微米的草酸鋅超細杆覆蓋的聚乙烯醇薄膜。該薄膜在氮氣保護下在1200攝氏度處理5小時後得到表面覆蓋有氧化鋅超細杆的聚乙烯醇炭化薄膜。該薄膜可以應用於氣體傳感。
權利要求
1.一種氧化鋅超細杆陣列的製備方法，其特徵在於通過如下步驟進行製備A、首先製備質量百分濃度介於1wt％-10wt％的聚乙烯醇溶液；B、其次在上述聚乙烯醇溶液中加入鋅源材料使得鋅離子的質量百分濃度介於1wt％-10wt％；C、然後將上述溶液製備為薄膜；D、將上述乾燥的薄膜置於質量百分濃度為5％-30％的草酸乙醇溶液中反應30分鐘-72小時；E、將上述在乙醇中反應過的薄膜清洗、乾燥即可獲得以聚乙烯醇為基底的草酸鋅的超細杆陣列薄膜；F、將上述表面覆蓋有草酸鋅超細杆陣列的聚乙烯醇薄膜高溫處理使得草酸鋅分解為氧化鋅，而聚乙烯醇薄膜炭化為碳薄膜。
2.如權利要求1所述的氧化鋅超細杆陣列的製備方法，其特徵在於所述的聚乙烯醇為水溶性聚乙烯醇。
3.如權利要求1所述的氧化鋅超細杆陣列的製備方法，其特徵在於所述的鋅源材料包括可溶性鋅鹽。
4.如權利要求1所述的氧化鋅超細杆陣列的製備方法，其特徵在於權利要求1中步驟C所述的薄膜製備方法包括拉膜法、勻膠法、擠出法。
全文摘要
氧化鋅超細杆陣列的製備方法通過如下步驟進行製備首先製備質量百分濃度介於1wt％－10wt％的聚乙烯醇溶液；其次在上述聚乙烯醇溶液中加入鋅源材料使得鋅離子的質量百分濃度介於1wt％－10wt％；然後將上述溶液製備為薄膜；將上述乾燥的薄膜置於質量百分濃度為5％－30％的草酸乙醇溶液中反應30分鐘－72小時；將上述在乙醇中反應過的薄膜清洗、乾燥即可獲得以聚乙烯醇為基底的草酸鋅的超細杆陣列薄膜；將上述表面覆蓋有草酸鋅超細杆陣列的聚乙烯醇薄膜高溫處理使得草酸鋅分解為氧化鋅，而聚乙烯醇薄膜炭化為碳薄膜。該方法方便、廉價、能夠大範圍製備均勻的氧化鋅超細杆陣列。該法製備的氧化鋅超細杆可以用於氣體傳感及場發射顯示領域。
文檔編號H01L21/02GK101078112SQ200710024489
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月19日 優先權日2007年6月19日
發明者張繼中 申請人:東南大學