一种晶须增强多孔ZnO薄膜的制备方法技术

本发明专利技术提供一种晶须增强多孔ZnO薄膜的制备方法，本发明专利技术以以醋酸锌为原料，以氯化锌和聚乙二醇为造孔剂，乙醇为溶剂，通过制备前驱体溶液和前驱体薄膜、以及高温烧结制备得到晶须增强多孔ZnO薄膜，该薄膜表面布满了各式各样的孔洞，且分布有很多凸起的晶须，具有良好的光催化降解性能；并且适用范围广，可以硅片、金属、导电玻璃等多种衬底上制备晶须增强多孔ZnO薄膜；制备设备成熟，工艺简单，成本有望降低5％；本发明专利技术制备晶须增强多孔ZnO薄膜，晶须是单晶ZnO纳米柱，具有优异的性能，适用范围广，有望在气敏探测器和光催化降解等领域发挥积极作用。

Preparation of a Whisker Reinforced Porous ZnO Film

The invention provides a preparation method of whisker reinforced porous zinc oxide thin films. The whisker reinforced porous zinc oxide thin films are prepared by using zinc acetate as raw material, zinc chloride and polyethylene glycol as pore-forming agents, ethanol as solvent, by preparing precursor solution and precursor thin films, and high temperature sintering. The surface of the thin films is covered with various holes, and many convex crystals are distributed. The whisker has good photocatalytic degradation performance; and has wide application range, which can be used to prepare whisker-reinforced porous ZnO thin films on silicon, metal, conductive glass and other substrates; the preparation equipment is mature, the process is simple, and the cost is expected to be reduced by 5%. The whisker-reinforced porous ZnO thin films prepared by the invention are single crystal ZnO nanocolumns, which have excellent performance, wide application range and are expected to be in gas. Sensitive detectors and photocatalytic degradation play an active role.

【技术实现步骤摘要】
一种晶须增强多孔ZnO薄膜的制备方法
本专利技术涉及薄膜材料
，尤其是一种晶须增强多孔ZnO薄膜的制备方法。
技术介绍
ZnO、SnO2、Fe2O3、TiO2等氧化物属于半导体材料，由于其具有优异的物理和化学性能，因此可电子信息器件、发光器件、光催化降解、催化反应、太阳能电池、锂电池等领域发挥重要作用。氧化物薄膜材料，尤其是多孔氧化物薄膜材料，是目前研究的一个重要方向。当多孔氧化物薄膜材料的孔径达到纳米级别时，其具有大的比表面积、显著量子效应和局域表面增强效应等突出优势，使得多孔氧化物薄膜材料在气敏传感、催化反应、锂电池等领域受到了研究人员的青睐；目前制备多孔氧化物薄膜的方法主要分为两类：一类是使用模板法，在多孔AAO模板生长多孔杨氧化物薄膜；第二类是使用造孔剂，例如聚苯乙烯微球、聚乙二醇、碳酸盐等，在制备薄膜掺入造孔剂，在高温烧结过程当中，造孔剂气化从而产生孔洞。模板法的成本通常较为昂贵。而造孔剂法中大部分的造孔剂都是成本相对较低的，聚苯乙烯微球除外。因而，在对孔的排列规律性要求不高时，通常使用造孔剂来制备多孔氧化物薄膜材料。与其他氧化物相比，氧化锌(ZnO)具有无毒、生物兼容性好、源材料丰富、容易制备等优点，ZnO是一种新型的直接宽带隙Ⅱ－VI族化合物半导体材料，其室温禁带宽度为3.37eV，且激子束缚能高达60meV，比室温热离化能26meV大很多，因而理论上会在室温下获得高效的紫外激子发光和激光，是制作短波长发光器件以及紫外探测器的理想材料。此外，ZnO具有高熔点(1975℃)，高热稳定性及化学稳定性等优点；另外，ZnO原材料资源丰富、价格低廉，无毒无污染，制备工艺简单，因此，ZnO具有很大的潜在商用价值。作为短波长发光器件和紫外探测器的一种全新的候选材料，ZnO已经成为当今半导体材料与器件研究中新的热点。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种晶须增强多孔ZnO薄膜的制备方法，本专利技术具有制备工艺简单、制备成本低的优点。本专利技术的技术方案为：一种晶须增强多孔ZnO薄膜的制备方法，包括以下步骤：S1)、前驱体溶液的制备，将0.1-0.8质量份数的醋酸锌、0.01-0.4g质量份数的氯化锌、0.1-0.4质量份数的聚乙二醇(PEG，分子量2000-6000)与20-100体积份数的溶剂混合，使用磁力搅拌机在40-60℃下搅拌60-120min，使醋酸锌、氯化锌和聚乙二醇完全溶解到溶剂中，获得澄清的均匀混合溶液；S2)、前驱体薄膜的制备，使用多孔喷枪静电喷涂，将步骤S1)制备好的前驱体溶液，以喷雾的形式均匀喷到基板上，得到前驱体薄膜；S3)、高温烧结，将步骤S2)制备的前驱体薄膜转移到箱式炉当中，以每分钟8-15℃的升温速率加热至500-900℃，并保温30-60分钟，然后自然降温到室温，得到晶须增强多孔ZnO薄膜；在快速升温过程中，醋酸锌分解成ZnO、水和二氧化碳，ZnCl2与醋酸根或者聚乙二醇一起反应，分解成ZnO、氯化氢、水、二氧化碳，氯化氢、水、二氧化碳挥发出来形成孔洞；由于ZnCl2的产生ZnO的速率比醋酸锌要快，因而形成了晶须。进一步的，步骤S1)中，所述的溶剂为乙醇。进一步的，步骤S2)中，多孔喷枪静电喷涂的工作电压为6-10kV，喷雾30-240s。进一步的，步骤S2)中，基板为硅片、金属、导电玻璃中的一种，基板尺寸为5cm×5cm-80cm×80cm。进一步的，步骤S3)中，烧结调节为以分钟12℃的升温速率加热至600℃，并保温50分钟，然后自然降温到室温。进一步的，步骤S3)中，所述的晶须增强多孔ZnO薄膜的晶须的直径为60-130nm。进一步的，步骤S3)中，所述的晶须增强多孔ZnO薄膜的孔洞的直径为10-180nm。本专利技术制备的晶须增强多孔ZnO薄膜可用于气敏探测器和光催化降解。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术适用范围广，可以硅片、金属、导电玻璃等多种衬底上制备晶须增强多孔ZnO薄膜；2、制备设备成熟，工艺简单，成本有望降低5％；3、本专利技术制备晶须增强多孔ZnO薄膜，晶须是单晶ZnO纳米柱，具有优异的性能，适用范围广，有望在气敏探测器和光催化降解等领域发挥积极作用；4、本专利技术制备的薄膜的表面布满了各式各样的孔洞，且分布有很多凸起的晶须，具有良好的光催化降解性能。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的晶须增强多孔ZnO薄膜高倍SEM图；图2为本专利技术实施例1制备的晶须增强多孔ZnO薄膜的XRD图谱；图3为本专利技术实施例1制备的晶须增强多孔ZnO薄膜的光催化降解亚甲基蓝的吸收图谱。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：实施例1一种晶须增强多孔ZnO薄膜的制备方法，包括以下步骤：S1)、前驱体溶液的制备，将0.15g的醋酸锌、0.05g的氯化锌(纯度为99％以上)、0.2g的聚乙二醇(PEG，分子量2000-6000)与30mL的溶剂乙醇混合，使用磁力搅拌机在40℃下搅拌60min，使醋酸锌、氯化锌和聚乙二醇完全溶解到溶剂中，获得澄清的均匀混合溶液；S2)、前驱体薄膜的制备，使用多孔喷枪静电喷涂，将步骤S1)制备好的前驱体溶液，以喷雾的形式均匀喷到基板上，得到前驱体薄膜，其中，工作电压为6kV，喷雾30s，基板为导电玻璃，基板尺寸为5cm×5cm；S3)、高温烧结，将步骤S2)制备的前驱体薄膜转移到箱式炉当中，以每分钟8℃的升温速率加热至500℃，并保温60分钟，然后自然降温到室温，得到晶须增强多孔ZnO薄膜；在快速升温过程中，醋酸锌分解成ZnO、水和二氧化碳，ZnCl2与醋酸根或者聚乙二醇一起反应，分解成ZnO、氯化氢、水、二氧化碳，氯化氢、水、二氧化碳挥发出来形成孔洞；由于ZnCl2的产生ZnO的速率比醋酸锌要快，因而形成了晶须。图1是本实施例制备的晶须增强多孔ZnO薄膜的高倍SEM图，从图中可以清楚的观察到薄膜的表面布满了各式各样的孔洞，且分布有很多凸起的晶须，晶须的直径为60-130nm；图2为本实施例制备的晶须增强多孔ZnO薄膜的XRD图谱，从图中可以看到，多孔ZnO薄膜主要以(002)方向择优进行生长，图3是本实施例制备的晶须增强多孔ZnO薄膜的光催化降解亚甲基蓝的吸收图谱，经过晶须增强多孔ZnO薄膜2h催化降解之后，亚甲基蓝的吸收值由1.93迅速降低至0.67.由此可以证明，晶须增强多孔ZnO薄膜具有良好的光催化降解性能。实施例2一种晶须增强多孔ZnO薄膜的制备方法，包括以下步骤：S1)、前驱体溶液的制备，将0.3g的醋酸锌、0.12g的氯化锌(纯度为99％以上)、0.3g的聚乙二醇(PEG，分子量2000-6000)与40mL的溶剂乙醇混合，使用磁力搅拌机在60℃下搅拌60min，使醋酸锌、氯化锌和聚乙二醇完全溶解到溶剂中，获得澄清的均匀混合溶液；S2)、前驱体薄膜的制备，使用多孔喷枪静电喷涂，将步骤S1)制备好的前驱体溶液，以喷雾的形式均匀喷到基板上，得到前驱体薄膜，其中，工作电压为7kV，喷雾40s，基板为导电玻璃，基板尺寸为5cm×5cm；S3)、高温烧结，将步骤S2)制备的前驱体薄膜转移到箱式炉当中，以每分钟15℃的升温速率加热至600℃，并保温30分钟，然后自然降温到室温，得到晶须增强多孔ZnO薄膜；在快速升温过程中，醋酸锌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶须增强多孔ZnO薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)、前驱体溶液的制备，将0.1‑0.8质量份数的醋酸锌、0.01‑0.4g质量份数的氯化锌、0.1‑0.4质量份数的聚乙二醇(PEG，分子量2000‑6000)与20‑100体积份数的溶剂混合，使用磁力搅拌机在40‑60℃下搅拌60‑120min，使醋酸锌、氯化锌和聚乙二醇完全溶解到溶剂中，获得澄清的均匀混合溶液；S2)、前驱体薄膜的制备，使用多孔喷枪静电喷涂，将步骤S1)制备好的前驱体溶液，以喷雾的形式均匀喷到基板上，得到前驱体薄膜；S3)、高温烧结，将步骤S2)制备的前驱体薄膜转移到箱式炉当中，以每分钟8‑15℃的升温速率加热至500‑900℃，并保温30‑60分钟，然后自然降温到室温，得到晶须增强多孔ZnO薄膜；在快速升温过程中，醋酸锌分解成ZnO、水和二氧化碳，ZnCl2与醋酸根或者聚乙二醇一起反应，分解成ZnO、氯化氢、水、二氧化碳，氯化氢、水、二氧化碳挥发出来形成孔洞；由于ZnCl2的产生ZnO的速率比醋酸锌要快，因而形成了晶须。

【技术特征摘要】
1.一种晶须增强多孔ZnO薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)、前驱体溶液的制备，将0.1-0.8质量份数的醋酸锌、0.01-0.4g质量份数的氯化锌、0.1-0.4质量份数的聚乙二醇(PEG，分子量2000-6000)与20-100体积份数的溶剂混合，使用磁力搅拌机在40-60℃下搅拌60-120min，使醋酸锌、氯化锌和聚乙二醇完全溶解到溶剂中，获得澄清的均匀混合溶液；S2)、前驱体薄膜的制备，使用多孔喷枪静电喷涂，将步骤S1)制备好的前驱体溶液，以喷雾的形式均匀喷到基板上，得到前驱体薄膜；S3)、高温烧结，将步骤S2)制备的前驱体薄膜转移到箱式炉当中，以每分钟8-15℃的升温速率加热至500-900℃，并保温30-60分钟，然后自然降温到室温，得到晶须增强多孔ZnO薄膜；在快速升温过程中，醋酸锌分解成ZnO、水和二氧化碳，ZnCl2与醋酸根或者聚乙二醇一起反应，分解成ZnO、氯化氢、水、二氧化碳，氯化氢、水、二氧化碳挥发出来形成孔洞；由于ZnCl2的产生ZnO的速率比醋酸锌要快，因而形成了晶须。2.根据权利要求1所述的一种晶须增强多孔ZnO薄膜的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨为家，沈耿哲，刘志豪，陈柏桦，刘俊杰，刘铭全，何鑫，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东,44