一种制备图案化氧化锌纳米线阵列的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备图案化氧化锌纳米线阵列的方法，包括以下步骤：1)在衬底表面制备晶种层；2)在晶种层表面涂覆光刻胶；3)将含有图案的掩膜板置于光刻胶层上，之后在紫外灯下曝光；4)移去掩膜板并用显影液对光刻胶层中未固化的光刻胶进行冲洗；5)将光刻后材料浸入氧化锌纳米线的生长前驱液中，进行氧化锌纳米线阵列的水热生长；6)除去光刻后材料表面剩余的光刻胶，即在衬底表面得到图案化氧化锌纳米线阵列。与现有技术相比，本发明专利技术利用光刻胶对衬底表面晶种层的选择性覆盖，实现了氧化锌纳米线阵列的图案化制备，该方法加工方便，成本低廉，可实现氧化锌纳米线阵列的大面积图案化制备。备。备。

【技术实现步骤摘要】
一种制备图案化氧化锌纳米线阵列的方法


[0001]本专利技术属于纳米结构制备
，涉及一种制备图案化氧化锌纳米线阵列的方法。

技术介绍

[0002]氧化锌具有宽带隙、优异的化学稳定性和热稳定性，在诸多领域具有广泛的应用。氧化锌纳米线易于合成，成本低廉，制备方法多样，主要有CVD、外延法、水热法、溶剂热法和电化学沉积法等。阵列化的氧化锌纳米线具有三维空间结构，比表面积大，有助于复合其他材料。因此，氧化锌纳米线阵列被广泛运用于纳米发电机、传感器、发光二极管、紫外探测、太阳能电池、生物传感等功能型微纳器件。
[0003]近年来，图案化的微结构和纳米结构已经吸引了极大的关注，随着图案化技术的不断发展优化，氧化锌纳米线阵列的精确可控制备逐步得到实现。图案化氧化锌纳米线阵列常见的制备方法主要有微球自组装法、电子束曝光法、纳米压印法和激光干涉法等。这几种方法均通过预先对生长基底进行处理，使纳米材料的生长区域与非生长区域的表面理化性质产生差异，进而实现氧化锌纳米线的选择性生长。
[0004]在上述方法中，微球自组装法和激光干涉法因其技术原理，仅适用于制备周期性重复的图案，难以实现非周期性图案的自定义生长。电子束曝光法是利用聚焦电磁场将电子束聚焦成为细小束流，按照程序将预定图案记录到光刻胶等光感材料上，经显影后在光刻胶模板上留下图形的一种技术手段，该方法加工精度高，可以精确控制纳米棒阵列的生长位置和间距，但是加工速度较慢，成本较高，长时间操作稳定性差，不适合制备大面积高密度的纳米棒阵列。纳米压印法需要在每次压印前在柔性印章上预先沉积结晶种子，并且由于PDMS印章存在寿命和可重复性差而导致图案变形失真的问题。
[0005]中国专利技术专利CN 107170669 A公开了一种通过对聚多巴胺薄膜进行紫外氧化的方法，利用掩膜板形成图案化的聚多巴胺薄膜，进而使特定区域的氧化锌纳米线生长受到抑制，从而实现了氧化锌纳米线阵列的图案化生长。然而，该方法存在聚多巴胺薄膜完整性不足的问题，导致氧化锌会在聚多巴胺薄膜存在漏洞的区域进行少量生长，因此其图案形状的可控性较差。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种制备图案化氧化锌纳米线阵列的方法。本专利技术结合光刻工艺与纳米材料的水热生长方法，实现了氧化锌纳米线阵列在衬底表面不同位置的选择性生长，适用于在多种衬底表面生长大面积图案化氧化锌纳米线阵列。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]一种制备图案化氧化锌纳米线阵列的方法，该方法包括以下步骤：
[0009]1)在衬底表面制备晶种层；
[0010]2)在晶种层表面涂覆光刻胶，得到光刻胶层；
[0011]3)将含有图案的掩膜板置于光刻胶层上，之后在紫外灯下曝光；
[0012]4)移去掩膜板并用显影液对光刻胶层中未固化的光刻胶进行冲洗，得到光刻后材料；
[0013]5)将光刻后材料浸入氧化锌纳米线的生长前驱液中，进行氧化锌纳米线阵列的水热生长；
[0014]6)除去光刻后材料表面剩余的光刻胶，即在衬底表面得到图案化氧化锌纳米线阵列。
[0015]进一步地，步骤1)中，所述的衬底的材质为硅、氧化硅、玻璃、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PDMS(聚二甲基硅氧烷)或PVDF(聚偏氟乙烯)。
[0016]进一步地，步骤1)中，所述的晶种层为金属锌晶种层，采用磁控溅射的方法在衬底表面制备金属锌晶种层。
[0017]进一步地，所述的金属锌晶种层的厚度为30
‑
80nm。
[0018]进一步地，步骤2)中，所述的光刻胶为正性光刻胶，光刻胶的涂覆方式为旋涂或喷涂。
[0019]进一步地，步骤3)中，所述的掩膜板的材质为铬，所述的掩膜板中图案的最小分辨率为1.8
‑
2.2μm。
[0020]进一步地，步骤5)中，所述的氧化锌纳米线的生长前驱液为可溶性锌盐与六亚甲基四胺的混合水溶液。
[0021]进一步地，所述的混合水溶液中，锌离子的摩尔浓度为10
‑
25mmol/L，可溶性锌盐与六亚甲基四胺的摩尔比为1:(1
‑
1.5)；所述的可溶性锌盐包括乙酸锌、氯化锌或硝酸锌中的一种或更多种。
[0022]进一步地，步骤5)中，水热生长的温度70
‑
90℃，水热生长的时间1
‑
3h。金属锌在水热生长过程中会发生氧化转化为氧化锌，以此作为纳米线生长的基础。
[0023]进一步地，步骤6)中，采用丙酮浸泡的方式除去光刻后材料表面剩余的光刻胶。
[0024]本专利技术采用光刻法，即利用光学化学反应的原理，使光刻胶在衬底上形成图案，并以此为基础进行氧化锌纳米线的水热生长。将该方法用于氧化锌纳米线阵列的非周期性图案化生长，可实现大面积、低成本的衬底处理。
[0025]现有的利用光刻工艺制备图案化氧化锌纳米线阵列的方法，是在硅片上涂覆光刻胶并曝光显影后使用氧等离子体进行表面处理，使硅片表面性质发生改变，使得氧化锌纳米线能够生长在其上，而经过氧等离子处理的光刻胶不能提供氧化锌的生长位点。该方法特异性较强，仅适合在硅基材料的表面生长，对于聚合物基底不适用。本专利技术通过预先沉积晶种，提高了制备方法的普适性，在有机、无机基底上均可进行。
[0026]另外，如果先涂覆光刻胶并曝光显影，随后再沉积氧化锌晶种，纳米线生长后将光刻胶连同在光刻胶晶种上生长的氧化锌一同洗去，则实际是在表面所有位置生长氧化锌，随后选择性去除，这会导致氧化锌生长原料的浪费。本专利技术只在特定位置进行生长，原料利用率更高。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：
[0028]1)本专利技术利用光刻胶对衬底表面晶种层的选择性覆盖，实现了氧化锌纳米线阵列的图案化制备，该方法加工方便，成本低廉，可实现氧化锌纳米线阵列的大面积图案化制
备。在得到的纳米线阵列结构中，氧化锌纳米线排列密集，方向与衬底保持垂直，具有较强的光电活性和光吸收能力，在纳米传感器、纳米发电机、发光二极管、太阳能电池和光催化等领域具有广阔的应用前景。
[0029]2)本专利技术利用光刻技术可将掩膜板的图案精确地转移到生长衬底表面，获得的氧化锌纳米线阵列图案形状可控，便于订制。
[0030]3)本专利技术利用光刻技术制备图案化氧化锌纳米线阵列，掩膜板可重复利用，适合规模化连续加工。
[0031]4)本专利技术结合氧化锌纳米线低温水热生长的技术，具有设备要求简单、反应温度低的特点，适用于在聚合物等不耐热材料上的制备。
附图说明
[0032]图1为实施例中制备图案化氧化锌纳米线阵列的过程示意图。
[0033]图2为实施例1中所制备的2微米点阵图案的氧化锌纳米线阵列的扫描电镜照片。
[0034]图3为实施例2中所制备10周期微米的条纹图案的氧化锌纳米线阵列的扫描电镜照片。
[0035]图4为实施例3中所制备的2周期微米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备图案化氧化锌纳米线阵列的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)在衬底表面制备晶种层；2)在晶种层表面涂覆光刻胶，得到光刻胶层；3)将含有图案的掩膜板置于光刻胶层上，之后在紫外灯下曝光；4)移去掩膜板并用显影液对光刻胶层中未固化的光刻胶进行冲洗，得到光刻后材料；5)将光刻后材料浸入氧化锌纳米线的生长前驱液中，进行氧化锌纳米线阵列的水热生长；6)除去光刻后材料表面剩余的光刻胶，即在衬底表面得到图案化氧化锌纳米线阵列。2.根据权利要求1所述的一种制备图案化氧化锌纳米线阵列的方法，其特征在于，步骤1)中，所述的衬底的材质为硅、氧化硅、玻璃、PMMA、PDMS或PVDF。3.根据权利要求1所述的一种制备图案化氧化锌纳米线阵列的方法，其特征在于，步骤1)中，所述的晶种层为金属锌晶种层，采用磁控溅射的方法在衬底表面制备金属锌晶种层。4.根据权利要求3所述的一种制备图案化氧化锌纳米线阵列的方法，其特征在于，所述的金属锌晶种层的厚度为30
‑
80nm。5.根据权利要求1所述的一种制备图案化氧化锌纳米线阵列的方法，其特征在于，步骤2)中，所述的光刻胶为正性光刻胶，光刻胶的涂覆方...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晓斌，方明赫，刘小诗，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：