一种制备三维ZnO纳米线网的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备三维ZnO纳米线网的方法，其特征在于，包括如下步骤：首先在洗净GaN衬底表面涂覆HAuCl4与还原剂和聚合物的混合溶液；在高温管式真空炉中间放置盛有化学反应物的舟，化学反应物包括ZnO粉和石墨粉，其气流下游位置放置衬底，抽真空，把真空管加热到800-1200℃，然后通入氧气和工作气体，控制压强到30-400毫巴，生长时间大于20min，然后让真空管式炉自然降温，在GaN衬底上即可制备出三维ZnO纳米线网络。本发明专利技术方法简单，利用聚合物诱导三维纳米线网络生长。制备的纳米线取向有垂直衬底和平行衬底两类，构成有序三维纳米线网络结构，具有极大的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
—种制备三维ZnO纳米线网的方法
本专利技术涉及一种制备三维纳米线网的方法，尤其涉及一种制备ZnO三维网格线的方法。
技术介绍
ZnO(ZnO)作为一种具有优良压电、光电特性的半导体材料，它拥有优良的电学、光学和化学稳定性，相对于S1、GaN等半导体材料来说它又具有大的禁带宽度(Eg =3.37eV)以及高的激子束缚能(60meV)，一维ZnO纳米结构具有独特的形貌和优异性能，已经被制成多种一维纳米结构，比如纳米棒、纳米线、纳米管、纳米带、纳米梳、纳米弹簧、纳米弓和纳米推进器等广泛的应用在纳米发电机、纳米激光器、LED、传感器、太阳能电池等新型纳米器件和系统。由第三代半导体材料ZnO和GaN组成的异质结半导体器件表现出极大的应用价值，高质量的P、1、n型的GaN外延层已实现批量生产。但是目前对于ZnO纳米阵列的研究大多还停留在对一维ZnO纳米结构的形貌和尺寸控制上，关于ZnO三维纳米线网络阵列的报道不多。 Jae Young Park等报道过Si02/Si衬底生长ZnO三维纳米线网络的方法。该法首先用光刻法在衬底制作一定样式的Au (3nm)/Pt (10nm)/Ni (50nm)三层金属膜，以Au做催化剂，在石英管式炉中，用高温CVD法生长纳米线网络(Materials Letters, 2011.65(17-18):p.2755-2757)。但是，该技术衬底跟ZnO晶格不匹配，ZnO线取向各异，交叉生长而形成网络。缺点是取向杂乱，不规则。光刻、镀膜工序相对复杂。 J.Zhou等报道过氧化钨三维纳米线网络的制备方法。该法采用在?1400-1450°C热蒸发钨粉，在温度?950-1005°C衬底生长三维纳米线网络(Advanced Materials, 2005.(17)p.2107-2110)。该技术不采用催化剂，但是反应温度高，生长条件苛刻，生长中要求升温速率达45°C /min，这对设备提出了很高要求。
技术实现思路
为了克服上述技术问题，本专利技术的目的在于提供，相比其它技术，本专利技术提出的方法相对简单、实用、效率高、可规模化。 本专利技术的技术方案如下:，包括如下步骤:首先在洗净GaN衬底表面涂覆HAuCl4与还原剂和聚合物的混合溶液；在高温管式真空炉中间放置盛有化学反应物的舟，化学反应物包括ZnO粉和石墨粉，其气流下游位置放置衬底，抽真空，把真空管加热到800-1200°C，然后通入氧气和工作气体，控制压强到30-400毫巴，生长时间>20min，然后让真空管式炉自然降温，在GaN衬底上即可制备出三维ZnO纳米线网络。 上述技术方案中，还原剂选自乙醇、柠檬酸、乙醛、乙二醇等还原性的有机小分子物质。优选乙醇。 上述任意技术方案中，聚合物选自聚乙二醇、聚乙烯醇等。优选聚乙二醇。 上述任意技术方案中，HAuCl4的摩尔量与还原剂比例当小于化学配比，即保持还原剂过量状态，例如，优选HAuCl4与乙醇摩尔比例为1/10-4/3，聚合物的体积百分数为0.05-0.2(v/v% )。不同还原剂在反应中价态变化不一样，因此配比不是固定的，得根据化学反应方程式确定，通常还原剂处于过量状态。 上述任意技术方案中，ZnO粉和石墨粉的质量比例为:1:1-9:4 上述任意技术方案中，化学反应物除ZnO粉和石墨粉外，还可包括引入掺杂元素，如 Ga、Al、As、Sb、Cu、S、Co、Na、Ni 或 P 等掺杂元素。 上述任意技术方案中，衬底放置于盛有化学反应物的舟的气流下游O-1Ocm范围。 上述任意技术方案中，工作气体为氮气或氩气；02与工作气体的体积比为1-2:100。优选通入流速为10sccm氮气和1.5sccm的氧气。 本专利技术的Au3+OiAuCl4水溶液)与还原剂(例如乙醇)浓度的比变化控制着还原出来金纳米颗粒催化剂的大小；比值减小则纳米金颗粒粒径减小，导致生长的ZnO纳米线的变细；聚合物有排布金颗粒和诱导生长方向的作用；生长时间则根据线密度调整，稀疏则延长，致密则可缩短。 该专利技术的有益效果为:本专利技术通过研究发现以GaN做ZnO生长衬底，因其晶格与ZnO匹配，ZnO线取向整齐地垂直于衬底，没有横向生长，但是却无法形成本专利技术中提到的三维网络。本专利技术引入聚合物用来控制还原出来的金催化颗粒的排布，结果却发现它同时起到诱导横向生长，形成三维纳米线网络作用。本专利技术方法简单，利用聚合物诱导三维纳米线网络生长。制备的纳米线取向有垂直衬底和平行衬底两类。平行于衬底的纳米线取向几个固定取向:0°，60° ,120°呈现为有序平面网络，这与垂直生长的纳米线构成有序三维纳米线网络结构。 【附图说明】 图1为本专利技术方案制备的三维纳米线网络扫描电子显微镜照片-俯瞰照片。 图2为本专利技术方案制备的三维纳米线网络扫描电子显微镜照片-45°侧视照片。 【具体实施方式】 为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。 实施例1 在洗净GaN衬底表面涂覆HAuCl4 (2.5mM)与乙醇(0.08v/v % )，聚乙二醇(PEG400,0.16v/v% )混合溶液；将衬底放入真空管式炉中，采用用高温化学气相沉积方法(CVD)，在高温管式真空炉中间放置盛有化学反应物(ZnO粉和石墨粉)的舟，其气流下游位置3cm内放置衬底，然后用机械泵把真空管式炉抽真空，把真空管加热到960°C，然后通入10sccm氮气和1.5sccm的氧气,控制压强到300毫巴,生长时间>20min,然后让真空管式炉自然降温，在GaN衬底上即可制备出三维ZnO纳米线网络。 实施例2 在洗净GaN衬底表面涂覆HAuCl4(5mM)与乙醇(0.16v/v%)，聚乙烯醇(PVA10-98，0.2v/v% )混合溶液；将衬底放入真空管式炉中，采用用高温化学气相沉积方法(CVD)，在高温管式真空炉中间放置盛有化学反应物(ZnO粉和石墨粉)的舟，其气流下游位置5cm内放置衬底，然后用机械泵把真空管式炉抽真空，把真空管加热到1100°C，然后通入10sccm氩气和2sCCm的氧气，控制压强到100毫巴，生长时间>20min，然后让真空管式炉自然降温，在GaN衬底上即可制备出三维ZnO纳米线网络。 实施例3 在洗净GaN衬底表面涂覆HAuCl4 (2mM)与柠檬酸(5mM)，聚乙二醇(PEG 400，0.15v/v% )混合溶液；将衬底放入真空管式炉中，采用用高温化学气相沉积方法(CVD)，在高温管式真空炉中间放置盛有化学反应物(ZnO粉和石墨粉)的舟，其气流下游位置5cm内放置衬底，然后用机械泵把真空管式炉抽真空，把真空管加热到1000°C，然后通入120sccm氩气和2sCCm的氧气，控制压强到50毫巴，生长时间>20min，然后让真空管式炉自然降温，在GaN衬底上即可制备出三维ZnO纳米线网络。 实施例4 在洗净GaN衬底表面涂覆HAuCl4(ImM)与乙醛(0.2v/v% )，聚乙二醇(PEG 400，0.lv/v% )混合溶液；将衬底放入真空管式炉中，采用用高温化学气相沉积方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备三维ZnO纳米线网的方法，其特征在于，包括如下步骤：首先在洗净GaN衬底表面涂覆HAuCl4与还原剂和聚合物的混合溶液；在高温管式真空炉中间放置盛有化学反应物的舟，化学反应物包括ZnO粉和石墨粉，其气流下游位置放置衬底，抽真空，把真空管加热到800‑1200℃，然后通入氧气和工作气体，控制压强到30‑400毫巴，生长时间大于20min，然后让真空管式炉自然降温，在GaN衬底上即可制备出三维ZnO纳米线网络。

【技术特征摘要】
1.一种制备三维ZnO纳米线网的方法，其特征在于，包括如下步骤:首先在洗净GaN衬底表面涂覆HAuCl4与还原剂和聚合物的混合溶液；在高温管式真空炉中间放置盛有化学反应物的舟，化学反应物包括ZnO粉和石墨粉，其气流下游位置放置衬底，抽真空，把真空管加热到800-1200°C，然后通入氧气和工作气体，控制压强到30-400毫巴，生长时间大于20min，然后让真空管式炉自然降温，在GaN衬底上即可制备出三维ZnO纳米线网络。2.如权利要求1所述制备三维ZnO纳米线网的方法，其特征在于，所述还原剂选自乙醇、柠檬酸、乙醛或乙二醇中的一种或多种。3.如权利要求1或2所述制备三维ZnO纳米线网的方法，其特征在于，聚合物选自聚乙二醇、或聚乙烯醇。4.如权利要求3所述制备三维ZnO纳米线网的方法，其特征在于，所述HAuCl4与还原剂比例当小于化学配比，即保持还原...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，陆文强，宋金会，冯双龙，王凤丽，李振湖，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：重庆;85