[发明专利]一种具有抗污染功能的氧化锌刺柱阵列及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种具有抗污染功能的氧化锌刺柱阵列结构的制备方法与应用。本发明以柔性聚碳酸酯多孔膜为基底，通过原子层沉积、等离子体刻蚀、水热生长、二次刻蚀等步骤，构筑了具有微纳分级结构的氧化锌刺柱阵列，其拥有优异的气敏性能与良好的自清洁抗污染性能，可进一步构建应用于苛刻环境的复合功能气敏传感器。

技术领域

本发明属于纳米功能材料传感应用领域，涉及一种具有刺柱结构的氧化锌分级阵列结构的制备方法及其在气敏传感器中的应用。

背景技术

自清洁材料在涂层涂料、电子器件、管道输送等诸多领域拥有广阔的应用前景，其与器件如传感器、检测器、气敏传感器等功能器件的结合为开发具有复合功能的自清洁器件提供了可能。材料表面的形貌是影响其疏水性能的关键性因素，近年来，大量研究表明微纳分级结构是产生疏水疏液性质、制备自清洁材料的有效方法。另一方面，氧化锌作为一种宽禁带的半导体材料，具有优异的气敏响应能力，在毒害气体检测方面显示出卓越的能力。不仅如此，由于其制备工艺简单、形貌可控等优势在气敏传感材料及器件领域广泛研究。

由于气敏技术的快速发展，气敏产品已经成为现代社会不可缺少的电子器件之一，在民用产品和军用产品中被广泛应用。然而在一些特殊环境下，比如潮湿环境、高污染环境等，气敏传感器的性能很容易受到影响，因此有必要开发一种能够在非洁净环境下具有自清洁防污染功能的气敏传感器。

综上所述，本发明的目的是针对纳米功能材料在传感方面的应用领域，开发一种具有疏水、自清洁、防污染等功能的氧化锌分级结构，并将其应用于气敏传感等领域。

发明内容

本发明的目的是要解决能够在非洁净环境下具有自清洁防污染功能的气敏传感器的问题，而提供一种抗污染微纳分级结构氧化锌刺柱阵列，并将其制备成气敏传感器。

本发明制备的具有抗污染功能的氧化锌刺柱阵列是以聚碳酸酯多孔膜为衬底，在衬底的上表面形成有刺柱结构微纳分级结构的氧化锌阵列。

本发明的另一目的是提供一种抗污染微纳分级结构氧化锌刺柱阵列的制备方法。

具体包括以下步骤：

S1、衬底准备：取聚碳酸酯多孔膜，进行超声清洗并吹干备用；

S2、氧化锌薄膜层沉积：使用原子层沉积仪，令聚碳酸酯多孔膜表面吸附的二乙基锌和水蒸气反应生成氧化锌；

S3、氧化锌微管阵列的制备：将沉积过氧化锌层的聚碳酸酯多孔膜抛光处理后，使用等离子体清洗机对其进行等离子体刻蚀，以氩气和氧气的混合气体作为蚀刻气体，反应结束后用去离子水清洗聚碳酸酯多孔膜；

S4、氧化锌分级刺柱阵列结构的制备：制备硝酸锌溶液和六亚甲基四胺溶液作为前驱液；切割合适大小的载玻片并进行超声清洗；将具有氧化锌微管阵列的聚碳酸酯多孔膜清洗、干燥备用；将所述具有氧化锌微管阵列的聚碳酸酯多孔膜固定在所述载玻片上，微管暴露面朝下，在90℃环境下进行水热反应；

S5、抗污染氧化锌刺柱阵列的制备：使用低表面试剂如含氟试剂对所述步骤S4制备的具有分级刺柱氧化锌微管阵列进行表面修饰，得到具有抗污染功能的氧化锌刺柱阵列结构。

本发明使用原子层沉积法进行氧化锌薄膜的沉积，原子层沉积法通过将薄膜的表面暴露于交替气态物质而在基底上生长薄膜，与普通成膜技术如磁控溅射不同的是，原子层沉积技术可以一层一层的将原子/分子沉积在基底上，而磁控溅射无法深入孔内沉积氧化锌。

进一步所述步骤S3中，设置蚀刻时间为10～40分钟，优选为30分钟蚀刻功率为80～90W，优选为85W。