[发明专利]一种以单质碘为催化剂原位生长一维纳米阵列氧化锌光电薄膜的方法

说明书

技术领域：

本发明属于材料化学技术领域，尤其涉及一种原位生长一维纳米阵列氧化锌光电薄膜材料的化学方法。

背景技术：

氧化锌（ZnO）是一种重要的宽带隙化合物半导体材料，室温下的禁带宽度为3.37eV（对应紫外光的波长），激子束缚能为60meV，有利于实现高效的激光发射，材料来源丰富，具有价格低廉、无毒等优点。纳米级（1~100nm）氧化锌具有尺寸小、比表面积大、易在水溶液中制备等特点，在光学材料、气敏材料、电极材料、活性催化材料、磁性材料、杀菌材料等方面具有广阔的应用前景。ZnO纳米结构薄膜为一种无机功能材料，具有高的电导率，高的光催化作用，高的散射和吸收紫外线的能力，及其独特的压电现象等，这使其在发光二极管、短波激光器、光敏二极管、气敏传感器和太阳能电池等方面具有更为广阔的应用前景。目前制备ZnO纳米结构薄膜的方法有多种，如电化学沉积法、化学气相沉积法、湿化学法、模板法及脉冲法，其中液相法由于能耗低、价廉、操作简单、粒度可控等特点，受到人们广泛的关注。

赵丰华等人在《高等化学学报》上发表题为“氧化锌和氧化钛纳米树热液合成的研究进展”的学术论文，用Zn(NO₃)₂和环六亚基四胺在60℃条件下反应得到初级纳米锥，然后加入丙二胺使其继续结晶，制备出二级ZnO纳米树晶体。由于所制备的氧化锌晶体为粉末状，不能直接作为光电薄膜材料，因此，当用此材料时需要进一步成膜。D.-W.Kim等在《Solid State Communications》杂志上发表了题目为“Growth behaviour of ZnO thin films and nanowires on SrTiO₃ substrates”的文章，其方法为在氩气的环境中，将预先镀有氧化锌薄膜的SrTiO₃基底在Au薄膜催化作用下制备出纳米线氧化锌薄膜。S.Sarkar, D. Basak在《Chemical Physics Letters》杂志上发表的题目为“A low temperature in situ facile technique to enhance ultraviolet emission of zinc oxide nanorods and its mechanistic insights”的文章中，首先在玻璃基底上溅射一层氧化锌种子层，然后利用该氧化锌种子层与Zn(CH₃COO)₂·2H₂O、锌粉、HMT（六亚甲基四胺）和CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）在80℃去离子水中反应12小时，得到纳米棒氧化锌薄膜。S.D. Gopal Ram等在《Applied Physics A》杂志上发表的题目为“Aqueous chemical growth of free standing vertical ZnO nanoprisms, nanorods and nanodiskettes with improved texture co-efficient and tunable size uniformity ”的文章中，首先用ZnSO₄·7H₂O（或Zn(NO₃)₂·6H₂O或 Zn (CH₃COO)₂·2H₂O等锌盐）和氨水于去离子水中搅拌15分钟获得白色溶液，然后将镀有氧化锌层的玻璃基底浸在此溶液中，在115℃下水热反应5小时，制备出不同形貌的氧化锌薄膜。Jeong-Seok Na等在《Nano》杂志上发表的题目为“Surface Polarity Shielding and Hierarchical ZnO Nano-Architectures Produced Using Sequential Hydrothermal Crystal Synthesis and Thin Film Atomic Layer Deposition”的文章中，首先用Zn(CH₂CH₃)₂、Al(CH₃)₃和去离子水在125℃和2Torr的压力下生长出氧化锌，然后将Zn(NO₃)₂·6H₂O和HMT（六亚甲基四胺）的混合液放在具有聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，在80℃下反应1小时，然后将ZnO种子层涂在硅基底上，并加入到上述溶液中继续在80℃下反应6小时，制备出氧化锌薄膜。虽然以上这些方法制备出了各种不同形貌的氧化锌晶体材料薄膜，但是硝酸锌、硫酸锌和醋酸锌等的使用为后续的提纯操作带来了不便，需要反复洗涤才能洗去ZnO薄膜表面吸附的杂质离子；有毒的胺类化合物等溶剂的使用；对不同基底和原料的预处理；表面活性剂的使用；胶体制备；pH值的控制等繁琐的过程给实验的操作增加了一定的麻烦。虽然这些方法能够控制生成氧化锌晶体的形貌，但是也产生了环境污染等诸多问题。另外，绝大数的基底需要预先镀上氧化锌薄膜种子层，以便制得所需的形貌，而且所用的基底材料比较昂贵。