[发明专利]将氧化锌施加至基材的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于将氧化锌涂料施加到基材的方法、一种由此类方法可得到的氧化锌涂层、和一种包括基材和在该基材上的此类氧化锌涂层的装置。

发明背景

氧化锌是一种具有纤锌矿(六方密堆积)晶体结构和约3.3eV带隙的透明半导体。它表现出许多期望的性能，包括紫外光吸收、光导性、光催化、光致润湿性、压电性、抗菌性能以及创伤愈合。这些发现在薄膜晶体管、染料敏化太阳能电池、动能采集器、液晶显示器中的透明电极、防晒霜、织物保护和医用敷料中的技术应用。氧化锌经常用作薄膜，其已经通过RF溅射、化学气相沉积，气相扩散催化、喷雾热解、电沉积、溶胶凝胶合成或脉冲激光沉积制备。

这些方法的固有局限性可以包括其对基材的依赖(如，传导的要求或物理学稳固基材)，并且经常是苛刻加工条件(如高温或氧化性的化学环境)。因此对于更通用的方法存在对形成氧化锌表面强烈的需求，特别是着眼于面对未来采用施用于例如，耐用电子产品(纤维电子)的新兴领域中该材料的多功能性。

氧化锌的无电沉积具有潜在的吸引力，它在温和的温度下(低于50℃)进行，相对便宜，并且制备出高结晶膜。Izaki，M.等，J.Electrochem.Soc.，1997，144，L3和Shinagawa，T.等，Electrochim.Acta，2007，53，1170描述了硝酸锌和二甲基氨基硼烷(DMAB)在水性条件下，在钯(0)催化剂的存在下(其中，二甲基氨基硼烷还原了硝酸盐)的反应。钯(0)有效地催化了二甲基氨基硼烷的氧化：

(CH₃)₂NHBH₃+2H₂O→HBO₂+(CH₃)₂NH₂⁺+5H⁺+6e^-

导致相应硝酸根离子的还原(这会导致局部pH值升高)：

NO₃^-+H₂O+2e^-→NO₂^-+2OH^-。

根据接下来的酸碱反应，pH值的升高触发了氧化锌的增长。

Zn²⁺+2OH^-→ZnO+H₂O。

这是本发明的一个目的，它提供了一种通过无电沉积将氧化锌涂料施加到基材的方法，该实施方案可以提高便利性和/或效率，通过该方法可以制备这样的氧化锌涂层，并且还可以提高它们的性能特征。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供了一种用于将氧化锌涂料施加到基材的方法，其包括以下步骤：

(i)将一种含氮芳香杂环官能化涂料施加到所述基材；

(ii)使所述含氮芳香杂环官能化涂料与包含钯(II)和/或铂(II)的试剂接触，产生包含络合的钯(II)和/或铂(II)的涂层；

(iii)将该涂层中络合的钯(II)和/或铂(II)还原为钯(0)和/或铂(0)；和

(iv)在水性条件下在还原剂的存在下，使所述包含络合的钯(0)和/或铂(0)的涂层与锌盐接触，在所述基材上形成氧化锌涂层。

在一个实施方案中，所述包含钯(II)和/或铂(II)的试剂是包含钯(II)的试剂。

图1示出本发明的一个实施方案的反应方案。

步骤(i)包括将含氮芳香杂环官能化涂料施加到基材。

步骤(i)可以是用含氮芳香杂环基团官能化固体表面的无溶剂方法。

在一个实施方案中，将含氮芳香杂环官能化涂料施加到所述基材的步骤(i)通过等离子体沉积进行。

等离子体化学沉积是官能化表面的既定技术。膜厚度可以容易控制，并且该过程无溶剂、保形以及独立于基材，从而使得它非常适用于三维基材如纺织品。