[发明专利]氧化锌自组装颗粒膜的制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明提供一种氧化锌自组装颗粒膜的制备方法，它涉及利用层层静电自组装制备金属氧化物半导体薄膜的方法，尤其涉及利用层层静电自组装制备氧化锌薄膜的方法，属于材料科学技术领域。

(二)背景技术

氧化锌(即ZnO)是一种新型的II-VI族直接带隙宽禁带半导体材料，室温下其禁带宽度为3.137eV，对应于波长为387nm的紫外光，室温下的激子束缚能较大(60meV)，因此在室温下可以产生高效率的激子发射。作为第三代半导体材料之一的ZnO具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质，是当前受到高度重视的新型半导体光电功能材料。并且，ZnO的原料丰富、成本低廉、无毒、对环境无污染，具有高温稳定性及抗辐射性，是环保型材料。所以，在透明导体、发光元件、太阳能电池窗口材料、光波导器、单色场发射显示器材料、高频压电转换器、表面声波元件、微传感器以及低压压敏电阻器等领域具有广泛的用途。

制备纳米ZnO薄膜的方法很多，如：磁控溅射法、溶胶-凝胶法、热解喷涂法、脉冲激光沉积法、分子束外延、原子层外延、化学气相沉积法等，但这些方法普遍存在着工艺过程复杂、可调控能力差等缺点。

而层层静电自组装技术是一种新颖的，具有实用价值的技术。它是利用在溶液中，带相反电荷的溶胶颗粒和聚电解质的相互吸引，层层堆垛而形成薄膜的制备手段。并具有工艺简单，所得薄膜热力学性质稳定，对衬底形状无特殊要求，而且可以从分子水平对膜厚进行控制，成膜重复性好等优点。利用层层静电自组装法制备ZnO薄膜，避免了使用昂贵的大型设备，并可在任意形状的基底上成膜。通常，ZnO溶胶是利用用各类醇作为溶剂制备的，得到的ZnO溶胶颗粒带有很弱的电荷，无法采用静电自组装工艺制备多层膜，本发明先制备过氧化锌(即ZnO₂)水溶胶，所得胶体颗粒带有充足电荷的，可以实现自组装工艺。通过对所得ZnO₂静电自组装薄膜进行烧结处理即可得到ZnO自组装薄膜。本发明具有工艺简单、成本低廉、环境友好的特性，具备大规模工业化生产的前景。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种利用层层静电自组装制备ZnO薄膜的方法。本方法只需要用到锌盐、聚电解质等低成本的原料，烧杯等价格低廉的仪器设备；只涉及到简单的化学反应，反应条件温和。所得到的ZnO薄膜具有规则的表面形貌，均一的晶体结构，和基底结合牢固，见图4、5所示。

本发明一种利用层层静电自组装制备ZnO薄膜的方法，该方法是先制备得到带电荷的ZnO₂溶胶和一定浓度的聚电解质溶液；对基底处理，使其带上电荷；先在基底上交替层层自组装上多层带相反电荷的聚电解质，以便增加ZnO薄膜吸附的牢固程度；然后再开始把基底交替浸泡在ZnO₂溶胶和与其带相反电荷的聚电解质溶液中一定时间，利用静电力层层吸附得到不同厚度的ZnO₂薄膜；再把薄膜在马弗炉中退火处理多于0.5个小时的时间，即可得到ZnO薄膜。

本发明的技术方案再详述如下：

本发明一种氧化锌自组装颗粒膜的制备方法，它是一种利用层层静电自组装制备ZnO薄膜的方法，示意图如图1所示，其制备的具体步骤如下：

(1)先利用醋酸锌、硝酸锌、硫酸锌、氯化锌等含有锌源的物质和H₂O₂(双氧水)在光照、搅拌的条件下反应制备得到ZnO₂溶胶，并用酸或碱调节其pH值在2～12之间使其溶胶颗粒带上电荷，胶体粒径如图2所示；

(2)再分别配置浓度为0.001mg/ml～50g/ml的带正负电荷的聚电解质溶液；

(3)把基底浸泡在大于40℃的双氧水和硫酸(体积比为30∶70)的溶液中进行浸泡处理使其表面羟基化，带上电荷；(或用等离子体表面处理方法或光接枝表面处理方法也可以)

(4)先在基底上交替层层自组装上多层带相反电荷的聚电解质，以便增加ZnO薄膜吸附的牢固程度；

(5)然后再开始把基底交替浸泡在ZnO₂溶胶和与其带相反电荷的聚电解质溶液中10s～100min，利用静电力层层吸附得到不同厚度的ZnO₂薄膜，监测过程如图3所示；

(6)再把薄膜在200℃～1000℃的温度范围内退火处理多于0.5个小时的时间，即可得到ZnO薄膜，见图4、5所示。