[发明专利]一种控制氧化锌纳米棒/纳米管阵列取向和形貌特征的方法

摘要

本发明涉及一种在水溶液中合成ZnO纳米棒/纳米管阵列的方法，该阵列薄膜可应用于紫外激光发光、纳米传感器，纳米晶太阳能电池(包括染料敏化太阳能电池、无机极薄吸收层太阳能电池和量子点太阳能电池)等方面。该方法包括如下步骤：采用溶胶－凝胶旋涂法和快速退火工艺相结合，在所述的多种基底表面沉积(001)高度取向的实心或中空ZnO种子层薄膜，将ZnO种子层薄膜在硝酸锌水溶液中外延生长得到高度取向的ZnO纳米棒/纳米管阵列薄膜。本发明可实现种子层的单颗粒分布和纳米棒在基底上的单晶生长；通过控制生长液浓度、组成、pH值和生长时间可以实现ZnO纳米棒/纳米管的外延生长及其直径和长度等形貌的控制。

主权项

1.一种控制氧化锌纳米棒/纳米管阵列取向和形貌特征的方法，其特征在于包括如下步骤：采用溶胶-凝胶旋涂法和快速退火工艺相结合，在所述的多种基底表面沉积高度取向的实心或中空ZnO种子层薄膜，将ZnO种子层薄膜在硝酸锌水溶液中外延生长得到高度取向的ZnO纳米棒/纳米管阵列薄膜；所述的在多种基底上沉积高度取向的实心或中空ZnO种子层薄膜的方法，采用以下步骤：a.配制种子层前驱体溶液：将等摩尔乙酸锌和稳定剂依次溶解到乙醇中，乙酸锌的浓度为0.075～0.3M，充分搅拌后，密封均化制成种子层前驱体溶液：b.沉积基底的清洗：将基底进行彻底清洗；c.沉积ZnO种子层：将种子层前驱体溶液以3000-7500转/min的速度旋涂到基底表面；d.将涂胶后的基底在280℃下蒸发掉溶剂或热解5min以上；转移到快速退火炉中，在300-800℃的温度下进行热处理，得到实心或中空ZnO种子层薄膜；所述的在溶液中外延生长制备出高度取向的ZnO纳米棒/纳米管阵列薄膜的方法，采用以下步骤：a.配制外延生长溶液：所用的试剂为等摩尔量的的Zn(NO3)2·6H2O和六亚甲基四胺，其浓度为0.01-0.1mol·L-1，添加聚乙烯亚胺作为ZnO纳米棒/纳米管的外延生长调节剂，其浓度为0-20mmol·L-1；b.将外延生长溶液在85-95℃下的密闭容器中预热0.5-5小时；c.将实心或中空ZnO种子层薄膜采用面向下方式放入外延溶液中生长，生长时间为1-48小时；d.将生长完的薄膜取出，并保持面向下快速放入去离子水中静止浸泡30min后，转入无水乙醇中浸泡30min以上，取出后真空快速干燥，保存。