[发明专利]一种可控制备纳米或微米器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，尤其涉及一种可控制备包含单根或数根ZnO纳米传感器件的方法。

背景技术

纳米材料，尤其是一维纳米材料，由于其具有较大的比表面，以及容易形成易操控的电流通道，从而成为制造高灵敏度的纳米传感器的理想选择。全世界的科学家们在这方面已经取得了大量令人鼓舞实验结果，例如利用纳米线、纳米管、纳米带等制成了高灵敏的生物、气体、化学、紫外等等传感器。传感器研究中，传感器的高灵敏度是科学家们首先追求的。以气体传感器为例，人们试图通过生长出具有新颖形貌的材料，或使特定的功能材料形成网络结构，或者利用聚合物、纳米粒子对材料表面进行修饰，以期提高传感灵敏度。我们熟知的一维纳米材料传感机理是利用纳米材料与被探测物接触后，纳米材料的表面导带内载流子数量或电荷态发生变化，从而引起其导电性发生变化，反映为回路电流的变化。

纳米材料的研究已经从新型纳米形貌以及新型复合纳米材料的制备转向了纳米材料的应用研究。纳米材料的应用研究热点之一是一维纳米材料。在一维纳米器件研究中，大部分需要将纳米材料两端与电极相连接。这类器件的制备将面临两个难题：其一是如何从众多纳米材料中分离出单根纳米材料；其二是如何给分离出的纳米材料两端连接上电极。目前的这类研究大多采用高精度的光刻、微加工、微探针等手段操纵单根纳米材料。众所周知，这些研究手段需要高昂、复杂的设备，不是普通课题组所能实现的。

介电电泳法(Dielectrophoretic)是利用在电极上加载高频电场，从而在电极附近形成很强的非均匀极化场，通过调整电场的频率和强度来产生所需要的电泳作用力，这样就可以操控细胞、细菌、DNA等生物分子和集团，以及一些纳米粒子的定向移动、收集、计数等。有研究者利用介电电泳方法也实现了一维ZnO纳米/微米材料的器件组装。

我们对于利用介电电泳方法组装ZnO纳米/微米结构进行了研究。我们利用显微镜，将水热法生长的纳米结构(长约20-30微米)成功组装在自制的电极(间隙约5-15微米)之间。不仅实现了单根ZnO纳米/微米结构的组装，更实现了纳米结构数量的可控组装，即可以人为控制地组装一根、两根、三根、四根.......纳米器件。

发明内容

技术问题：在现有的单根ZnO纳米/微米材料的器件制备过程中，有两大主要难题：一是如何分离出单根ZnO，二是如何在单根ZnO两端制备电极。本发明提供一种基于单根或数根ZnO纳米/微米元器件的制备方法。

技术方案：本发明为单根ZnO纳米元器件，其特征在于，包括ZnO纳米/微米结构和电极。其中，所述ZnO纳米/微米结构为感应器件；所述电极为金属电极，用于连接外电路。

本发明中，采用的水热法所生长的ZnO纳米/微米结构长度超过30μm。室温下，在容器中配置0.5mol/L的ZnCl₂溶液，逐渐滴加NH₃·H₂O至pH＝10.1-10.8，放入清洗干净的玻璃衬底，密封容器后置于80-120℃的恒温干燥箱生长3-5个小时，得到长度20-35μm的ZnO纳米/微米结构；

本发明中，所用电极为在玻璃基底上用磁控溅射法或热蒸镀方法制备一层金属膜，然后用极其锋利的刀具刻划出为5-15μm的狭缝而形成的。

本发明中，单根ZnO纳米/微米结构的搭建用的是介电电泳法，具体步骤如下：

a.将生长有ZnO纳米/微米结构的玻璃基底置于少量酒精溶液中超声15分钟，让ZnO纳米/微米结构完全打散于酒精溶液中；

b.取出玻璃基底，重新加入酒精，配制成ZnO浓度适中的酒精溶液，之后再超声15分钟，让ZnO纳米/微米结构均匀地分散在酒精溶液中；

c.将刻划好的电极置于制备好的溶液中，给电极两端加上4-6V、5-6MHZ的高频电场，反应1-10分钟；

d.将电极取出，反复用去离子水清洗多遍后，在烘箱中烘干、保存。

有益效果：该方法不仅实现了单根ZnO纳米/微米结构的组装，更实现了纳米结构数量的可控组装，即可以人为控制地组装一根、两根、三根、四根.......纳米器件。

具体实施方式

本发明中，可控自组装只有一根ZnO纳米/微米结构的器件方法是如下。在显微镜视野中，当两电极间搭接一根ZnO纳米/微米结构时切断电源。当需要搭接两根纳米/微米结构时，只需要在看到电极间搭接两根纳米/微米结构时切断电源即可。制备包含三根、四根纳米结构的器件方法依此类推。