[发明专利]一种制备图案化ZnO纳米棒阵列的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料图案化生长领域，具体涉及模板法制备图案化ZnO纳米棒阵列。 

背景技术

由于特殊的材料和结构特性，ZnO纳米棒阵列已成为ZnO纳米材料体系中研究最广泛、最深入的材料之一，是公认的具有巨大应用和工程化前景的纳米材料。除了自身的力光电特性外，它还具有高比表面积、低成本大面积制备的优点。因此，ZnO纳米棒阵列在许多纳米功能器件上得到了成功运用，如纳米发电机、力电传感器、发光二极管、场发射冷阴极、紫外探测器、太阳能电池、电致变色膜以及生物传感器等。 

然而，以上纳米功能器件的性能与实现市场化工业化的标准还存在一定差距，许多器件也只是停留在原理性试验阶段。究其原因，是传统生长工艺，如液相外延法和化学气相沉积法，制得的ZnO纳米棒阵列还存在许多缺陷，比如c轴取向不佳、间距过密、粗细不均和长短不一等。这些缺陷会在器件搭建中造成电极接触不良、电流堵塞、漏电或反向电流大、服役稳定性差等诸多问题。此外，传统方法也不能够实现真正意义上形貌尺寸的精确调控，从而无法满足不同器件设计的要求。 

图案化生长技术可以有效解决上述问题。所谓图案化生长技术，是通过借助规则排列的模板，对ZnO纳米棒阵列的形核位置及尺寸形貌进行限域生长和精确调控，从而使纳米棒长短一致，粗细均匀，C轴垂直生长，从而解决器件性能不良的问题。 

目前，较为常见的ZnO纳米棒阵列图案化生长技术主要包括以下四种： 

1．光刻([1]Chun Cheng,Ming Lei,Lin Feng,Tai Lun Wong,K.M.Ho,Kwok Kwong Fung,Michael M.T.Loy,Dapeng Yu,and Ning Wang,ACSnano,VOL.3,NO.1,53-58,2009;[2]H.S.Song,W.J.Zhang,C.Cheng,Y.B.Tang,L.B.Luo,X.Chen,C.Y.Luan,X.M.Meng,J.A.Zapien,N.Wang,C.S.Lee,I.Bello,and S.T.Lee,Crystal Growth&Design,Vol.11,No.1,2011)：2009年香港科技大学Ning Wang[1]小组在Si基底上制作光刻胶纳米点阵，然后用CVD法将其高温碳化并作为形核点来生长图案化的ZnO纳米棒阵列；2011年香港城市大学李述汤[2]小组通过光刻和刻蚀，先形成Si微米棒阵列，随后在微米棒侧壁上继续生长ZnO纳米棒阵列。 

2．PS球自组装([3]Xudong Wang,Christopher J.Summers,and Zhong Lin Wang,Nano Lett.,Vol.4,No.3,2004;[4]D.F.Liu,Y.J.Xiang,X.C.Wu,Z.X.Zhang,L.F.Liu,L.Song,X.W.Zhao,S.D.Luo,W.J.Ma,J.Shen,W.Y.Zhou,G.Wang,C.Y.Wang,and S.S.Xie,NanoLett.,Vol.6,No.10,2006)：2004年佐治亚理工学院王中林[3]小组，在PS球自助装膜形成的规则球间隙中，溅射进Au颗粒，随后用CVD 法定点催化生长ZnO纳米棒阵列；2006年中科院物理所解思深[4]小组用刻蚀和退火的方法对模板做了改进，从而实现纳米棒单点单根的生长。 

3．电子束曝光([5]Sheng Xu,Yaguang Wei,Melanie Kirkham,Jin Liu,Wenjie Mai,Dragomir Davidovic,Robert L.Snyder,and Zhong Lin Wang,J.Am.Chem.Soc.2008,130,14958-14959;[6]Robert Erdelyi,Takahiro Nagata,David J.Rogers,Ferechteh H.Teherani,Zsolt E.Horvath,Zoltan Labadi,Zsofia Baji,Yutaka Wakayama,and Janos Volk,Cryst.Growth Des.2011,11,2515-2519)：2008年佐治亚理工学院王中林[5]小组用EBL逐点打孔制作了约200μm见方的PMMA孔洞模板，并由此水热生长了单孔单根的ZnO纳米棒阵列；2011年匈牙利技术物理与材料科学研究所Janos Volk[6]小组结合EBL考察了不同晶种层制备工艺对后续图案化ZnO纳米棒阵列形貌的影响。