[发明专利]一种氧化锌/锡酸锌核壳结构异质结的制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化锌/锡酸锌核壳结构异质结的制备方法。本发明采用原子层沉积、液相激光烧蚀与溶剂热法相结合的方式，通过以柔性纤维状细金属丝为基底，在其表面垂直生长氧化锌纳米棒阵列，进而通过激光烧蚀浸没在溶液中的高纯金属锡靶，获得高活性溶剂热前驱体，并进一步采用溶剂热法在氧化锌阵列上生长出氧化锌/锡酸锌核壳结构异质结。本发明所采用的方法具有操作简单、反应条件温和、纯度高、无杂质元素和无表面活性剂添加等优点，制备的氧化锌/锡酸锌核壳结构异质结形貌尺寸均一，结晶性良好。本发明制备的氧化锌/锡酸锌核壳结构异质结可应用于柔性纤维状紫外光电探测器。

技术领域

本发明涉及金属氧化物半导体纳米材料制备技术领域，特别是一种氧化锌/锡酸锌核壳结构异质结的制备方法。

背景技术

紫外光探测在平流层臭氧监测、火焰防护、消防领域和光通信等方面引起广泛研究与应用。而柔性纤维状紫外光电探测器由于具有柔性、360度探测、可编织和可穿戴等特点，所以可实现人体穿戴的同时探测紫外光，比平面的探测器具有更广的应用范围。目前，制备柔性纤维状紫外光电探测器的材料主要为氧化锌。而作为一种二元金属氧化物，氧化锌有着带隙不够宽(带隙约为3.37eV)难以探测到波长更短的紫外光等不足。与二元金属氧化物材料相比，三元金属氧化物锡酸锌具有电子迁移率高、电子传递快和响应速度快的优势。同时，锡酸锌是一种带隙约为3.64eV的重要的n型半导体材料，它可通过调节组分比以达到带隙展宽，避免了由于掺杂氧化锌带来的相分离，所以构筑氧化锌/锡酸锌核壳结构异质结可达到拓宽氧化锌探测范围，实现宽光谱响应。

目前，对于氧化锌/锡酸锌异质结的制备已有一些文献报道。Sunghoon Park等人(Ceramics International,2013,39(4):3539-3545)通过热蒸发法以ZnO、SnO₂及石墨粉末为原料合成Zn₂SnO₄纳米线，再通过原子层沉积技术在表面沉积ZnO，制备了锡酸锌(核)/氧化锌(壳)异质结，并将用于气体传感器，且与纯Zn₂SnO₄纳米线相比，对NO₂气体的响应值提高了五倍。Cheng等人(ACS Applied MaterialsInterfaces,2014,6(6):4057-62)通过溶胶-凝胶法以Zn(NO₃)₂·6H₂O、SnCl₂·2H₂O、柠檬酸和乙二醇为原料制备出氧化锌/锡酸锌异质结纳米线。然而尚未见到结合液相激光烧蚀、原子层沉积和溶剂热的方法，制备可应用于可编织可穿戴柔性紫外光探测的氧化锌/锡酸锌核壳结构异质结。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化锌/锡酸锌核壳结构异质结的制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种氧化锌/锡酸锌核壳结构异质结的制备方法，采用原子层沉积、液相激光烧蚀与溶剂热法相结合的方式，通过以柔性纤维状细金属丝为基底，在表面垂直生长氧化锌纳米棒阵列，进而通过激光烧蚀浸没在溶液中的高纯金属锡靶，获得高活性溶剂热前驱体，经过溶剂热法在氧化锌阵列上生长出氧化锌/锡酸锌核壳结构异质结。具体包括以下步骤：

步骤1、分别用去离子水、无水乙醇对金属丝超声清洗并干燥；

步骤2、用原子层沉积方法在金属丝表面沉积氧化锌薄膜作为种子层；

步骤3、用溶剂热法在种子层表面沿垂直方向生长氧化锌纳米棒阵列；

步骤4、在反应容器中加入配制好的溶液，将锡靶置于溶液中，并使溶液浸过靶材表面；

步骤5、调节激光器的脉冲激光光束的光路，使激光光束聚焦在溶剂液面以下的靶材，选取适当的激光波长、频率及能量，开启脉冲激光，在液体环境中对锡靶进行烧蚀反应；在激光烧蚀过程中采用磁力搅拌器持续搅拌溶液直至烧蚀结束；