[发明专利]一种大面积金属氧化物纳米阵列的剥离转移方法

说明书

本发明提供一种金属氧化物纳米阵列的剥离转移方法，包括：(1)选取与金属氧化物晶格常数失配率大于5％且热膨胀系数差异大于5×10^‑6K的基底材料；(2)在基底材料的表面预先制备金属氧化物种子层薄膜，其中将退火温度控制在200～500℃；(3)将表面预制有金属氧化物种子层薄膜的基底材料浸入水热前驱体溶液中进行水热反应以在其表面生长一层金属氧化物纳米阵列；(4)将制备的金属氧化物纳米阵列在200～500℃下热处理，实现与基底材料的分离；和(5)将金属氧化物纳米阵列剥离至有机粘结剂或溶胶中，选取目标基底捞取分离的金属氧化物纳米阵列，使其贴附在所述目标基底的表面，然后在200～500℃温度下、空气气氛中进行热处理，除去残余的有机物，从而实现金属氧化物纳米阵列的转移。

技术领域

本发明涉及一种大面积金属氧化物纳米阵列的剥离转移方法，属于纳米光电器件的制作领域。

背景技术

金属氧化物的纳米棒、纳米片等纳米结构在基底材料上垂直、均匀、有序地排列，形成金属氧化物纳米阵列，它们在太阳能电池、气体传感器、光催化等各个领域表现出优异的性能。金属氧化物纳米阵列在各种基底材料上的制备工艺已经相当成熟，但是大面积金属氧化物纳米阵列的剥离转移工艺仍然有待开发和改进。实现大面积金属氧化物纳米阵列的简单且快速的剥离转移有利于简化光电器件的制作工艺，提高器件的集成度和稳定性。

Shujie Wang等(RSC Advances，第6卷(2016年)，第64332～64337页)报道了利用纳米压印辅助垂直转移的方法对ZnO纳米棒阵列进行转移。其通过升高温度将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)有机物填充至ZnO纳米棒阵列间隙中，同时ZnO纳米棒阵列的顶端被嵌入银浆电极中，从而使ZnO纳米棒阵列、PMMA和银浆形成整体。然后采用纳米压印平台，对ZnO纳米棒施加应力，实现ZnO纳米棒阵列与生长基底的分离，从而剥离ZnO纳米棒阵列，并将其转移至目标基底上。虽然该方法能实现ZnO纳米棒阵列向各种基底的转移，但是转移的过程相对复杂，需借助特殊仪器，并可能对ZnO纳米棒造成破坏。

发明内容

针对现有技术存在的问题和不足，本发明旨在提供一种对操作环境要求宽松，能使金属氧化物纳米阵列(例如上述ZnO纳米棒阵列)自发从基底材料分离，从而实现简单、快速剥离和转移金属氧化物纳米阵列的方法。本发明的方法能够实现水热法制备的金属氧化物纳米阵列在退火后大面积地与基底材料分离，从而使得大面积金属氧化物纳米阵列简单、快速转移至目标基底。转移过程中没有用到有机树脂的封装，也没有借助其它仪器设备。因此，本发明的剥离转移方法比报道过的任何方法都要简单，可以将金属氧化物纳米阵列转移至任意目标基底，甚至曲面基底上，从而更适合于大规模、低成本地制造纳米器件。根据本发明的方法，可剥离转移的金属氧化物纳米阵列的面积高达1cm²。

具体地，本发明提供一种大面积金属氧化物纳米阵列的剥离转移方法，所述方法包括以下步骤：

(1)选取与金属氧化物晶格常数失配率大于5％且热膨胀系数差异大于5×10^-6K的基底材料；

(2)在所述基底材料的表面预先制备金属氧化物种子层薄膜，在该过程中将退火温度控制在200～500℃；

(3)将所述表面预制有金属氧化物种子层薄膜的基底材料浸入水热前驱体溶液中进行水热反应，从而在所述基底材料的表面生长一层金属氧化物纳米阵列；

(4)将所述水热制备的金属氧化物纳米阵列在200～500℃下热处理，实现所述金属氧化物纳米阵列与所述基底材料的分离；和

(5)将所述金属氧化物纳米阵列剥离至有机粘结剂或溶胶中，选取目标基底捞取所述分离的金属氧化物纳米阵列，使其贴附在所述目标基底的表面，然后在200～500℃温度下、空气气氛中进行热处理，除去残余的有机物，从而实现所述金属氧化物纳米阵列的转移。