多头氧化锌纳米棒及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种多头氧化锌纳米棒及其制备方法。该纳米棒由纳米主干棒以及与主干棒生长方向一致的纳米头分支组成，所述的纳米主干棒的直径为500～1000nm；所述的纳米头分支的数目在5~25；该纳米棒的阵列高度为2500～4000nm。本发明制备的ZnO多头纳米棒阵列是一种新型的纳米阵列结构。相对于单头纳米棒阵列，具备更大的比表面积，更利于在有机太阳能电池、有机LED发光器件制备中，有机聚合物的渗透。
【专利说明】多头氧化锌纳米棒及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种氧化锌纳米棒及其制备方法，特别是一种多头氧化锌纳米棒及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在透明导电玻璃上制备大规模直立ZnO纳米棒结构在纳米光催化器件、光电子器件、光伏器件方面都引起极大的关注。目前，已在透明导电玻璃上制备出的ZnO纳米结构主要是纳米棒阵列、纳米管阵列和纳米树阵列。纳米棒及纳米管阵列相比多级纳米阵列结构比表面积偏小，而纳米树阵列的纳米分支与主干相互垂直，该结构在有机-无机杂化纳米器件的组装过程中，不利于聚合物的渗透。纳米头分支与主干棒相平行的结构既具有大的比表面积，又利于杂化器件组装过程中，聚合物的有效渗入。然而在透明导电基底上成功制备出纳米头分支与主干棒生长方向一致的多头纳米棒的方法仍未见报道。
【发明内容】
[0003]本发明目的在于提供一种多头氧化锌纳米棒结构的制备方法。
[0004]本发明方法中，ZnO多头纳米棒通过电化学沉积、溅射、化学浴沉积三步完成。制备出的ZnO多头纳米棒，每根主棒上都有数十个与主棒生长方向一致的分支纳米棒，纳米棒分支的数目可通过化学浴沉积的时间调节。
[0005]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种多头氧化锌纳米棒，其特征在于该纳米棒由纳米主干棒以及与主干棒生长方向一致的纳米头分支组成，所述的纳米主干棒的直径为500?1000 nm ;所述的纳米头分支的直径为:10 nm?50 nm,数目在5?25 ;该纳米棒的阵列高度为2500?4000 nm。
[0006]一种制备上述的多头氧化锌纳米棒的方法，其特征在于该方法的具体步骤为:
a.将导电玻璃基底浸没浓度为0.01?0.05 mol/L的Zn(NO3)2水溶液电解液中进行电沉积，电压为2.0?2.5 V,温度为75?95°C，沉积时间为30?60 min ；
b.将步骤a所得基底进行种子层的溅射，溅射源为纯ZnO片，溅射电流为50?150mA,时间为:40?90 s ;
c.将步骤b所得的溅射种子层后的基底浸没在含有硝酸锌和六亚甲基四胺的水溶液中进行化学浴沉积；其中硝酸锌的浓度为2(T50 mM/L，六亚甲基四胺的浓度为2(T50 mM/L ；沉积温度为75?95°C，沉积时间为60?180 min,即得到多头氧化锌纳米棒。
[0007]本发明制备得到的产物为无色半透明，通过X射线衍射分析得到产物的晶相是六角纤锌矿结构。通过场发射扫描电子显微镜的观察，纳米棒直径在50(T1000 nm可调，纳米棒阵列高度在250(T4000 nm范围内可调，纳米头分支数目在5?25范围内可调。与现有技术相比本发明的优点在于:本发明制备的ZnO多头纳米棒阵列相比其他纳米结构，更加有利于有机太阳能电池、有机发光二极管制备过程中，聚合物在ZnO纳米棒间隙中的有效渗透，且聚合物可保持与多头纳米棒共型的形貌。这种结构更有利于有机光电器件的性能表现。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明实施例一所得的多头氧化锌纳米棒的X射线衍射图。
[0009]图2为本发明实施例一所得多头纳米棒的扫描电子显微镜的俯视图。
【具体实施方式】
[0010]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。
[0011]实施例一:电化学沉积过程在0.01 mol/L Zn (NO3) 2水溶液中进行，采用的电源为二电极体系，电压恒定在2 V，温度恒定在75 °C，沉积时间为30 min。ITO玻璃基底连接阴极，阳极采用纯钼片，两电极保持平行，间距为2 cm。沉积完成后，所有样品用去离子水反复清洗，去除样品上残留溶液离子。之后，将样品置于空气气氛热处理炉中进行150 °C退火处理。将电沉积的ZnO纳米棒阵列样品放入离子溅射仪，溅射源为纯ZnO片，将溅射电流调到50 mA，溅射90 S。然后，将溅射种子层后的样品放入浓度为20 mM/L的硝酸锌和等量的六亚甲基四胺水溶液中，在95 °C温度下，沉积60min。
[0012]通过肉眼观察ZnO多头纳米棒阵列颜色为无色半透明，得到产物的晶相是六角纤锌矿结构(图1)。ZnO纳米棒的直径为500 nm，纳米棒长度为2500nm，纳米头分支数目约为20?25 (图 2)。
[0013]实施例二:电化学沉积过程在0.01 mol/L Zn (NO3) 2水溶液中进行，采用的电源为二电极体系，电压恒定在2 V，温度恒定在75 °C，沉积时间为40 min。ITO玻璃基底连接阴极，阳极采用纯钼片，两电极保持平行，间距为2 cm。沉积完成后，所有样品用去离子水反复清洗，去除样品上残留溶液离子。之后，将样品置于空气气氛热处理炉中进行150 °C退火处理。将电沉积的ZnO纳米棒阵列样品放入离子溅射仪，溅射源为纯ZnO片，将溅射电流调到100 mA，溅射60 S。然后，将溅射种子层后的样品放入浓度为20 mM/L的硝酸锌和等量的六亚甲基四胺水溶液中，在85 °C温度下,沉积90min。
[0014]通过肉眼观察ZnO多头纳米棒阵列颜色为无色半透明，得到产物的晶相是六角纤锌矿结构。ZnO纳米棒的直径为600 nm，纳米棒长度为3000nm，纳米头分支数目约为15?20。
[0015]实施例三:电化学沉积过程在0.01 mol/L Zn (NO3) 2水溶液中进行，采用的电源为二电极体系，电压恒定在2 V，温度恒定在95 °C，沉积时间为60 min。FTO玻璃基底连接阴极，阳极采用纯钼片，两电极保持平行，间距为2 cm。沉积完成后，所有样品用去离子水反复清洗，去除样品上残留溶液离子。之后，将样品置于空气气氛热处理炉中进行150 °C退火处理。将电沉积的ZnO纳米棒阵列样品放入离子溅射仪，溅射源为纯ZnO片，将溅射电流调到150 mA，溅射40 S。然后，将溅射种子层后的样品放入浓度为20 mM/L的硝酸锌和等量的六亚甲基四胺水溶液中，在75 °C温度下，沉积180min。
[0016]通过肉眼观察ZnO多头纳米棒阵列颜色为无色半透明。通过X射线衍射观察，得到产物的晶相是六角纤锌矿结构。通过扫描电子显微镜观察，ZnO纳米棒的直径为800 nm,纳米棒长度为4000nm,纳米头分支数目约为5?15。
[0017]本发明的有益效果是:本发明制备的ZnO多头纳米棒阵列是一种新型的纳米阵列结构。相对于单头纳米棒阵列，具备更大的比表面积，更利于在有机太阳能电池、有机LED发光器件制备中，有机聚合物的渗透。
【权利要求】
1.一种多头氧化锌纳米棒，其特征在于该纳米棒由纳米主干棒以及与主干棒生长方向一致的纳米头分支组成，所述的纳米主干棒的直径为500?1000 nm ;所述的纳米头分支的直径为:10 nm?50 nm ,数目在5?25 ;该纳米棒的阵列高度为2500?4000 nm。
2.一种制备根据权利要求1所述的多头氧化锌纳米棒的方法，其特征在于该方法的具体步骤为: a.将导电玻璃基底浸没浓度为0.01?0.05 mol/L的Zn (NO3) 2水溶液电解液中进行电沉积，电压为2.0?2.5 V,温度为75?95°C，沉积时间为30?60 min ； b.将步骤a所得基底进行种子层的溅射，溅射源为纯ZnO片，溅射电流为50?150mA,时间为:40?90 s ; c.将步骤b所得的溅射种子层后的基底浸没在含有硝酸锌和六亚甲基四胺的水溶液中进行化学浴沉积；其中硝酸锌的浓度为20?50 mM/L，六亚甲基四胺的浓度为20?50mM/L ;沉积温度为75?95°C，沉积时间为60?180 min,即得到多头氧化锌纳米棒。
【文档编号】B82Y30/00GK104229865SQ201410458885
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2014年9月11日
【发明者】任鑫, 曹娇, 袁帅, 施利毅 申请人:上海大学