[发明专利]一种氧化铜纳米线阵列薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于低维纳米材料制备和纳米技术应用领域，特别涉及一种氧化铜纳米线阵列薄膜的制备方法。

背景技术

在金属氧化物当中，多数为n型半导体，而CuO是为数不多的P型半导体材料之一，由于CuO可以在铁磁材料、高温超导、电池电极、气敏--等多种领域应用，因此受到广泛关注。相比于传统的块体材料，一维纳米线材料由于具有小尺寸效应和大的比表面积，因此其在纳米科技技术领域具有更优越的性能，越来越多的受到人们的关注和研究。其中，低维纳米线材料的制备方法和应用技术更是目前的研究热点和重点。

目前，氧化铜纳米线的制备多采用热氧化法，即直接在金属铜基底上通过控制合适的温度和时间，在大气气氛下进行退火，可制备出垂直基底的氧化铜纳米线阵列，此方法方便、简单。但这种方法制备的氧化铜纳米线在实际应用中存在困难。比如在气敏方面，氧化铜纳米线阵列结构的顶电极难以设计限制了其很好的应用；另外，在光电研究领域，由于这种方法制备的氧化铜纳米线阵列薄膜受限于衬底，很难将这种纳米线阵列薄膜完整地转移到透明基底上，造成器件制备的困难，使得其在光电领域的应用也受到很大的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化铜纳米线阵列薄膜的制备方法，以克服目前的制备方法可控性较差、受限于衬底材料的缺陷。

本发明采用的技术方案如下：

一种氧化铜纳米线阵列薄膜的制备方法，采用磁控溅射法在基底上溅射金属铜薄膜，然后将制好的薄膜在大气气氛下退火即得所述的氧化铜纳米线阵列薄膜。

在基底上溅射制备金属铜薄膜时，溅射工作电流为0.2-0.3A，工作电压为250-350V，基底转速为0-20r/min。基底转速优选为13 r/min。

铜膜的厚度不大于1.5μm，否则容易脱落。

本发明采用纯度为99.99%的铜靶，靶材尺寸为Φ=50×4 mm；本底真空度为3.0×10^-3 -4.0×10^-3 Pa, 工作气压为0.25-0.8 Pa，所用工作气体为氩气，气体流量为15-30sccm。

氩气的纯度优选不低于99.999%。

采用管式炉进行退火，升温速率为20℃/min。

基底可选择FTO或普通载玻片等，但是优选FTO导电玻璃，从而可以直接以FTO为电极进行运用，如可将两片FTO面对面扣在一起，在CO、H₂S等气体的气敏方面运用。

其中，铜薄膜制备好后，应避免其在大气中缓慢氧化，因此应尽快置于管式炉中进行退火。

退火温度为350-550℃，时间为2-10h。

退火过程中，所用管式炉靠近样品端封闭，另一端和大气相通。目的在于保证有适量的氧气参与热氧化过程。

本发明相对于现有技术，有以下优点：

本发明由于采用磁控溅射法，因此制备方法可控性好、制备灵活、不限于衬底材料，便于在工业中形成规模化生产，也在较大程度上拓展了纳米线阵列薄膜的应用领域和范围。

附图说明

图1为实施例1步骤1）产品俯视面的扫描电子显微镜（SEM）图；

图2为实施例1步骤1）产品截面的扫描电子显微镜图；

图3为实施例1步骤2）产品俯视面的扫描电子显微镜图；

图4为实施例1步骤2）产品截面的扫描电子显微镜图；

图5为实施例1步骤2）产品的紫外可见吸收光谱( Uv-Vis )；

图6为实施例1步骤2）产品的X射线衍射（XRD）图谱。

具体实施方式

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1

（1）把纯度为99.99%的铜靶与清洗好的FTO放入溅射室内后，首先使用机械泵与分子泵把溅射腔室的真空度抽到3.0×10^-3 Pa, 然后充入纯度≥ 99.999%的氩气，流量为23 sccm，调节主阀使真空度保持在0.35Pa, 调节使电流为0.25A，电压为300V，基底转速为13 r/min，溅射时间10min，得到约500纳米厚的金属铜薄膜，表征见图1和图2。

（2）将步骤（1）所得到的金属铜薄膜迅速放入管式炉中，管式炉靠近样品端的管口封闭，另一端和大气相通；升温速度为20℃/min，在大气气氛下500℃退火8小时，即得到垂直生长的氧化铜纳米线阵列薄膜，表征见附图3-6。

实施例2