[发明专利]一种树枝结构氧化锌纳米线阵列膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料，新能源和光电技术领域。

背景技术

由于在未来光电器件中的潜在应用，大面积、高密度的一维半导体纳米结构阵列的研究引起了人们的广泛兴趣。在诸多半导体材料中，氧化锌(ZnO)作为一种n型半导体(3.2eV)，具有大的激子结合能(60meV)、高的机械和热稳定性，在高效短波光电器件上的应用吸引了人们的广泛关注。另一方面，ZnO纳米线(棒)阵列在压电发电机、染料敏化太阳能电池、光子晶体以及超疏水界面等方面也都有着重要应用。

人们已经发现，有序排列的纳米线(棒)等一维纳米结构阵列薄膜，具有规则有序的电学通道，可以有效地提高电子传输能力，降低电子-空穴复合几率，但其缺点在于比表面积小，因此光电转换效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种树枝结构氧化锌纳米线(棒)阵列膜的制备方法，尤其是这种树枝结构的氧化锌纳米线(棒)阵列膜在保持氧化锌纳米线(棒)高电子传输能力、低电子-空穴复合几率等优点的前提下，可有效的增加其比表面积，显著提高光电转换效率。

本发明的技术方案如下：枝结构氧化锌纳米线阵列膜的制备方法，步骤如下：(1)导电基底用丙酮，乙醇，去离子水洗净备用，所述导电基底为镀掺氟氧化锡透明导电膜玻璃、镀氧化铟锡透明导电膜玻璃、镀氧化铟锡透明导电膜的塑料薄膜、金属丝网或金属片。

(2)通过水热反应在洗净的导电基底表面制备氧化锌纳米线(棒)阵列：反应溶液为锌盐0.02-0.2mol/L；聚乙烯亚胺0.003-0.01mol/L，六次甲基四胺0.02-0.2mol/L，氨水0.4-4mol/L，溶入一定量水中，置入高压釜中，加热至50～200℃，反应1～24小时，自然冷却至室温。所述锌盐为硝酸锌，醋酸锌，硫酸锌或氯化锌。图1给出一个由步骤(2)所得氧化锌纳米线(棒)阵列的示意图。

(3)生长了氧化锌纳米线(棒)阵列的导电基底投入硫化试剂浓度为0.001-1mol/L的水溶液中，置入高压釜中进行硫化处理，反应温度50～200℃，时间0.5-10小时，自然冷却至室温，所述硫化试剂为H₂S，Na₂S，硫代乙酰胺或硫脲；

(4)硫化处理后的导电基底在200-500℃煅烧1-12h。

(5)再次置入高压釜中，反应溶液组成为：0.01-0.05mol/L；聚乙烯亚胺0.005-0.01mol/L，六次甲基四胺0.01-0.05mol/L，氨水0.2-2.0mol/L，溶入一定量水中，置入高压釜中，(4)步骤煅烧处理后的导电基底置入上述高压釜中进行二次水热处理，温度50～200℃，反应0.5～24小时，自然冷却至室温，既得所述树枝结构氧化锌纳米线(棒)阵列。所述锌盐为硝酸锌，醋酸锌，硫酸锌或氯化锌。图2给出一个由步骤(5)所得树枝结构氧化锌纳米线(棒)阵列的示意图。类似ITO的塑料可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯，也可以是PC或PMMA塑料。

本发明的有益效果是：本发明方法制备得到的氧化锌纳米线(棒)阵列膜具有氧化锌纳米线(棒)高电子传输能力，大大增加了有效的比表面积，显著提高光电转换效率。可用于染料敏化太阳能电池，光致发光和场电子发射等多种领域，制备方法简便，性价比高。

附图说明

图1为本发明(2)步骤制备所得氧化锌纳米线(棒)阵列扫描电子显微镜(SEM)图。

图2为本发明最终制备所得树枝结构氧化锌纳米线(棒)阵列扫描电子显微镜(SEM)图。

具体实施方式

实施例1：不锈钢丝网用丙酮，乙醇，去离子水洗净，置入高压釜中，反应溶液组成为：水(40ml)；硝酸锌(0.05mol/L)；聚乙烯亚胺(0.003mol/L)，六次甲基四胺(0.05mol/L)，氨水(0.40mol/L)。加热至90℃，反应6小时，自然冷却至室温，取出导电基底，置入另一高压釜中进行硫化处理，反应溶液组成为：水(20ml)；硫脲(0.05mol/L)。加热至120℃，反应1小时，自然冷却至室温，取出导电基底，硫化处理后的导电基底在200℃加热煅烧5h；煅烧后再次置入高压釜中，反应溶液组成为：水(40ml)；醋酸锌(0.025mol/L)；聚乙烯亚胺(0.008mol/L)，六次甲基四胺(0.025mol/L)，氨水(0.4mol/L)。加热至90℃，反应3小时，自然冷却至室温，取出导电基底，即得树枝结构氧化锌纳米线(棒)阵列。