柔性衬底上生长ZnO纳米线阵列的方法

摘要

本发明公开的柔性衬底上生长ZnO纳米线阵列的方法，步骤包括：将清洗过的柔性衬底放入脉冲激光沉积装置生长室中，以ZnO陶瓷为靶材，生长室通入O

说明书

技术领域

本发明涉及ZnO纳米线阵列的生长方法，尤其是柔性衬底上生长ZnO纳米线阵列的方法。

背景技术

ZnO是一种宽禁带化合物半导体材料，室温下的禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV，其激子能够在室温及以上温度下稳定存在，是制备半导体激光器(LDs)、发光二极管(LEDs)的理想材料。ZnO还是现今发现的微纳米结构最为丰富的材料，ZnO的纳米结构在制备纳米光电子器件和纳米电子器件方面有很好的应用价值，另外，ZnO的纳米结构还可以在场发射、医疗、生物传感等领域得到应用。

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是热塑性聚酯中最主要的品种，具有耐蠕变、抗疲劳性、耐摩擦和尺寸稳定性好，磨耗小而硬度高，具有热塑性塑料中最大的韧性，电绝缘性能好，受温度影响小等特点。在PET上生长的ZnO纳米线阵列结合了柔性衬底的韧性和ZnO纳米线阵列导电性的优点，衬底和ZnO纳米线结合紧密，使其在触摸屏工业领域有良好的应用前景。用PET代替电阻式触摸屏的有机玻璃，ZnO纳米线膜代替ITO薄膜，解决了触摸屏工作面和导电涂层结合不紧密的问题，而且以纳米线阵列作为电极接触点可以使灵敏度大大提高。

目前，氧化锌纳米线(棒)的制备方法主要有：金属有机气相外延生长(MOVPE)、化学气相沉积法(CVD)、脉冲激光沉积(PLD)、电化学气相沉积、模板法和水热法等等，但均处于研究探索阶段，还不能形成规模生产。同时如MOVPE、CVD、PLD、水热法等方法需要昂贵的仪器设备和苛刻的工艺条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种设备、工艺简单，成本低，易操作的在柔性衬底上生长ZnO纳米线阵列的方法。

本发明的在柔性衬底上生长ZnO纳米线阵列的方法，包括以下步骤：

1)分别配置浓度为0.01～0.1mol/L的硝酸锌水溶液和浓度为0.01～0.1mol/L的六次甲基四胺水溶液；

2)将清洗过的柔性衬底放入脉冲激光沉积装置生长室中，以ZnO陶瓷为靶材，靶材与衬底之间的距离保持为4～6cm，生长室真空度至少抽至10^-3Pa，生长室通入O₂气体，控制压强为0.01～2Pa，室温下在柔性衬底上脉冲激光沉积ZnO籽晶层；

3)将硝酸锌水溶液和六次甲基四胺水溶液按体积比1：1混合，再将上述沉积有ZnO籽晶层的柔性衬底浸没于混合溶液中，在70～100℃下反应1～12h后取出，用去离子水漂洗，烘干，即可。

上述的柔性衬底可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)聚苯并咪唑(PBD)，聚苯并恶唑(PBO)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)或聚对萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。

生长的ZnO纳米线的长度可以通过调节浸没于混合溶液中的时间来控制。

通常，脉冲激光沉积的激光功率为150～300mJ，激光重复频率3Hz。

本发明的有益效果在于：

1)本发明方法所用设备简单，易操作，成本低，适宜于大规模生产。

2)制备的ZnO纳米线阵列化良好，粗细均匀，结合了柔性衬底和ZnO纳米线阵列的优点，在触摸屏领域有广阔的应用前景。

附图说明

图1是ZnO纳米线阵列的SEM图。

具体实施方式

以下结合实例对本发明作进一步的说明。

实施例1

1)分别配置浓度为0.05mol/L的硝酸锌水溶液和浓度为0.05mol/L的六次甲基四胺水溶液；

2)将清洗过的PET衬底放入脉冲激光沉积装置生长室中，以ZnO陶瓷为靶材，靶材与衬底之间的距离保持为4.5cm，生长室真空度至少抽至10^-3Pa，生长室通入O₂气体，控制压强为0.03Pa，激光功率为210mJ，激光重复频率3Hz，室温下在PET衬底上沉积2min，得到ZnO籽晶层；

3)将硝酸锌水溶液和六次甲基四胺水溶液按体积比1：1混合，再将上述沉积有ZnO籽晶层的柔性衬底浸没于混合溶液中，在90℃下反应6h后取出，用去离子水反复漂洗，烘干，制得ZnO纳米线阵列。

ZnO纳米线阵列如图1所示，平均直径为0.8μm，ZnO纳米线的长度为600nm。

实施例2

1)分别配置浓度为0.01mol/L的硝酸锌水溶液和浓度为0.01mol/L的六次甲基四胺水溶液；

2)将清洗过的PET衬底放入脉冲激光沉积装置生长室中，以ZnO陶瓷为靶材，靶材与衬底之间的距离保持为6cm，生长室真空度至少抽至10^-3Pa，生长室通入O₂气体，控制压强为0.02Pa，激光功率为150mJ，激光重复频率3Hz，室温下在PET衬底上沉积5min，得到ZnO籽晶层；

3)将硝酸锌水溶液和六次甲基四胺水溶液按体积比1：1混合，再将上述沉积有ZnO籽晶层的柔性衬底浸没于混合溶液中，在100℃下反应1h后取出，用去离子水反复漂洗，烘干，制得粗细均匀、长度为200nm的ZnO纳米线阵列。

实施例3

1)分别配置浓度为0.1mol/L的硝酸锌水溶液和浓度为0.1mol/L的六次甲基四胺水溶液；

2)将清洗过的PI衬底放入脉冲激光沉积装置生长室中，以ZnO陶瓷为靶材，靶材与衬底之间的距离保持为6cm，生长室真空度至少抽至10^-3Pa，生长室通入O₂气体，控制压强为0.2Pa，激光功率为300mJ，激光重复频率3Hz，室温下在PI衬底上沉积2min，得到ZnO籽晶层；

3)将硝酸锌水溶液和六次甲基四胺水溶液按1：1的体积比混合，再将上述沉积有ZnO籽晶层的PI衬底浸没于混合溶液中，在70℃下反应12h后取出，用去离子水反复漂洗，烘干，制得粗细均匀、长度为1μm的ZnO纳米线阵列。