[发明专利]一种定向生长单晶ZnO纳米墙的水溶液制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及高性能的气敏传感器的制造技术领域，具体涉及一种定向生长单晶ZnO纳米墙的水溶液制备方法。

背景技术

气体传感器广泛应用于环境安全监测、毒气报警和生产流程控制等领域。ZnO纳米墙是一种优良的二维传感器活性材料^[1-2]: 多孔结构使其具有体积小、质量轻、比表面积大的特点；大的比表面积又赋予了材料优异的机械柔韧性，因此，这为ZnO纳米墙在气体传感器上的应用奠定了良好基础。

生长高质量的ZnO纳米墙是国内外的研究热点。目前ZnO纳米墙的制备方法有金属有机物气相沉积法（MOCVD)^[3-5]，脉冲激光沉积法(PLD)^[6]，电化学沉积法^[7-8]，碳热还原法[9]，物理热蒸发法^[10-11]，水溶液法^[12-14]等。相比其他制备方法，水溶液化学法(ACG)技术已被发展成为在较温和温度和低成本下在各种的基底上 (例如无定形，单晶，多晶，透明，引导，柔性等) 生长功能的金属氧化物涂层的常用方法。该方法不需要外加场，不需要任何模板和表面活性剂， 无任何精确的基底活化作用。而且水溶液化学法因为只有水被用来作为溶媒，该方法是完全可再生的，安全的和对环境无害的，从而完全避免了有机溶媒和他们的蒸发所潜在的毒性可能引起的安全危害。综上分析水溶液化学法（ACG）具有三大明显的优点：1）不需高温高压的复杂设备，成本低廉；2）成膜质量高适于大面积成膜；3）安全性高,可操作性强，无污染。

   近年来，也有一些有关用水溶液法制备ZnO纳米墙的相关报道。Huihui Huang等^[15]以Al箔为基底，在0.05 M 的Zn(NO₃)₂.6H₂O 和 0.05 M的C₆H₁₂N₄的混合生长液，于水热反应釜中90℃下生长出了ZnO纳米墙，研究结果发现随着生长时间的延长，多层具有褶皱的纳米墙堆砌到一起，形成平均厚度为29nm的ZnO纳米墙网络，其晶体结构为多晶。Dae-Hee Kim^[16]等未使用任何衬底，利用10 mM Zn(COOH)₂ 在90℃下溶解于丙酮溶液5分钟获得种子层，然后在25 mM [Zn(NO₃)₂.6H₂O]和25 mM [C₆H₁₂N₄](HMT)的混合生长液中于40℃下生长出了ZnO纳米墙，该方法获得的ZnO纳米墙的厚度小于60nm，但是该方法生长的ZnO纳米墙呈倒伏状，未实现择优定向生长，光致发光性能测试结果也表明所制备的ZnO纳米墙含有大量的缺陷。M.Kashif^[17]等在塑料衬底上首先热蒸镀了厚度分别为20nm和50nm的Ti薄膜和Au薄膜，然后在Au薄膜上又蒸镀一层厚为10nm的Al薄膜，最后以Zn(COOH)₂ 和乙醇为种子液，以[Zn(NO₃)₂.6H₂O]和[C₆H₁₂N₄](HMT)的混合液为生长液制备了ZnO纳米墙，而蒸镀Al薄膜需要昂贵的设备。Zhiqiang Liang^[18] 等首先用旋涂法在ITO玻璃上涂上一层由溶胶凝胶法制备的Zn(COOH)₂ 涂层，然后将涂有Zn(COOH)₂ 涂层的ITO玻璃浸入到由0.1M(Zn(NO₃)₂.6H₂O)和0.1M(C₆H₁₂N₄, HMT)组成的混合生长液中在 75 ℃下水浴生长3h，用CH₃COOH来调节其pH值为6.4。用去离子水冲洗后，将其浸入到0.3M的KOH 溶液中在80℃水浴生长20min, 最后在350℃下退火处理1h制备ZnO纳米墙，但是经KOH 溶液刻蚀的ZnO纳米墙结晶度较差。