氧化锌与碳构成的纳米管异质结及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化锌与碳构成的纳米管异质结及其制备方法。异质结为氧化锌纳米管与碳纳米管连接成一维异质纳米管；方法为（ａ）使用二次阳极化法获得孔径为１０～１００ｎｍ的通孔氧化铝模板；（ｂ）依次使用电子束蒸发法、电沉积法、可控的选择性腐蚀法和金属氧化技术得到位于氧化铝模板中的氧化锌纳米管；（ｃ）先使用化学气相沉积法在氧化锌纳米管的端面沉积碳纳米管，再将其置于强碱溶液中腐蚀掉氧化铝模板，制得氧化锌纳米管与碳纳米管连接成一维异质纳米管的氧化锌与碳构成的纳米管异质结。它克服了碳纳米管在计算机芯片、传感器和许多其他微电子设备应用方面存在的主要障碍，可广泛用于燃料电池催化制氢、太阳能染料敏化电池以及光电器件等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米管异质结及制法，尤其是一种氧化锌与 碳构成的纳米管异质结及其制备方法。
技术介绍
氧化锌是一种重要的半导体功能材料，属于电子导电型(n型) 半导体，具有优良的光催化、气敏、压敏和电磁波等特性，而具备纳米尺寸 的不同形态的氧化锌纳米材料，在光学、电学、磁学、催化以及传感器等方 面更是具有广阔的应用前景。人们为了获得它，做出了不懈的努力，如在2005 年11月出版的《无机材料学报》第20卷第6期中"氧化锌纳米线/管阵列的 溶胶-凝胶模板法制备与表征" 一文曾公开了一种氧化锌纳米线/管及其制备 方法，其中，氧化锌纳米线/管为直径约15、 30、 50、 60nm的有序氧化锌纳 米线/管阵列，制备方法采用溶胶-凝胶法在氧化铝模板的孔洞中制备出高度 有序的氧化锌纳米线/管阵列。但是，无论是氧化锌纳米管，还是其制备方法 均存在着不足之处，首先，若欲将氧化锌纳米管赋予实际应用，面临着如何 将具有半导体性能的氧化锌纳米管与其它电子元器件或部件进行电连接的技 术难题。碳纳米管虽有着很好的机械性能和良好的导电性能，其抗拉力比钢 高出100余倍，极适宜于在各种微电子器件中应用，然而，其与氧化锌纳米 管的电连接目前仍为人们亟待解决的难题；其次，制备方法不能制出由氧化 锌与碳构成的纳米管异质结。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提 供一种结构简单，使用方便的氧化锌与碳构成的纳米管异质结。本专利技术要解决的另一个技术问题为提供一种氧化锌与碳构成的纳米管异 质结的制备方法。为解决本专利技术的技术问题，所采用的技术方案为氧化锌与碳构成的纳 米管异质结包括氧化锌纳米管和碳纳米管，特别是所说氧化锌纳米管与所说 碳纳米管连接成一维异质纳米管。作为氧化锌与碳构成的纳米管异质结的进一步改进，所述的氧化锌纳米 管的两端均与碳纳米管连接成一维异质纳米管；所述的一维异质纳米管的管 径为10~100nm、管壁厚为5~10nm;所述的一维异质纳米管位于氧化铝模板 中。为解决本专利技术的另一个技术问题，所釆用的另一个技术方案为氧化锌 与碳构成的纳米管异质结的制备方法包括二次阳极化法、电沉积法和化学气 相沉积法，特别是它是按以下步骤完成的(a)先将铝片置于浓度为0.2~ 0.4M的酸溶液中，于直流电压为20 60v下阳极氧化4 10h，再将其于温度 为50 - 70。C的4-8wt呢磷酸和1. 6 2wtyo铬酸的混和溶液中浸泡8~12h，接 着，将其再次于同样的工艺条件下进行第二次阳极化后，先用氯化铜或氯化 锡溶液去除背面未氧化的铝，再用3-7wt96的磷酸溶液腐蚀掉位于孔底部的 氧化铝障碍层，得到孔径为10 100nm的通孔氧化铝模板；(b)用电子東蒸 发法于通孔氧化铝模板的一面蒸镀20 - 50nm厚的金膜后，先将其置于电镀液 中在1.5 2.5mA/cm2的恒电流下电沉积30 70min,其中，电镀液的成分为 80g/L ZnS04 7H20和20g/L跳,其pH为用稀硫酸调整至2. 5 ~ 3. 5，再将 其置于300 - 40(TC下氧化30~40h; (c)先将含有氧化锌纳米管的氧化钼模 板置于600 70(TC下的氩气氛中，再将其置于乙炔与氩气的混合气氛中于 600 70(TC下保温l~3h，之后，将其置于强碱溶液中腐蚀掉氧化铝模板， 制得氧化锌纳米管与碳纳米管连接成一维异质纳米管的氧化锌与碳构成的纳 米管异质结。作为氧化锌与碳构成的纳米管异质结的制备方法的进一步改进，所述的 铝片的纯度为>99.9%;所述的酸为草酸或磷酸或硫酸；所述的乙炔与氩气的 混合气氛为乙炔与氩气的比例为1: 10;所述的强碱溶液为氢氧化钠溶液或 氢氧化钾溶液；所述的于氧化铝模板的通孔中电沉积锌纳米管后，先用4~ 6wty。的稀硫酸溶液腐蚀氧化铝模板中沉积有锌纳米管的一面2~4min,再用 蒸馏水或去离子水清洗并干燥，然后再对其进行氧化处理，制得氧化锌纳米 管的两端均与碳纳米管连接成一维异质纳米管的氧化锌与碳构成的纳米管异 质结。相对于现有技术的有益效果是，其一，对制得的一维异质纳米管分别使 用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和能谱测试仪来进行表征，从得 到的扫描电镜照片、透射电镜照片和扫描能谱图可知，众多的纳米管呈有序排列的阵列状，其中，纳米管是由三种不同的物质构成，即由碳、氧化锌和碳构成，其管径为10~100nm、管壁厚为5-10nm，其中的氧化锌纳米管为多 晶结构。异质结是由氧化锌纳米管与碳纳米管连接构成的，其连接方式有两 种， 一为氧化锌纳米管的一端与碳纳米管的一端相连接，另一为氧化锌纳米 管的两端均与碳纳米管相连接。其存在方式也为两种， 一为单独存在，另一 为存在于氧化铝模板之中；其二，制备方法科学、合理，针对氧化锌纳米管 电连接的难题，将二次阳极化法、电沉积法和化学气相沉积法有机地揉合于 一体，使半导体氧化锌纳米管与碳纳米管连接起来，形成了一维异质纳米管 的结构，既克服了碳纳米管在计算机芯片、传感器和许多其他微电子设备应 用方面存在的主要障碍，又为这种新型的异质纳米管在燃料电池催化制氢、太阳能染料敏化电池以及光电器件等方面的潜在应用奠定了基础；其三，制 备方法易于实施，适于大规模的工业化生产。作为有益效果的进一步体现, 一是氧化锌纳米管的两端优选为均与碳纳 米管连接成一维异质纳米管，拓展了其应用的领域和范围；二是一维异质纳米管的管径优选为10~100mn、管壁厚优选为5~10nm，既利于氧化锌纳米性能 的充分发挥，又便于制备，还易于实际应用；三是一维异质纳米管位于氧化 铝模板中，利于其的实际使用；四是酸优选为草酸或磷酸或硫酸，不仅使得 原料的来源较为丰富，还使制备工艺更易实施且灵活；五是乙炔与氩气的混 合气氛优选为乙炔与氩气的比例为1: 10，除利于碳纳米管的成形之外，还 确保了碳纳米管的质量；六是于氧化铝模板的通孔中电沉积锌纳米管后，先 用4 ~ 6wt。/。的稀硫酸溶液腐蚀氧化铝模板中沉积有锌纳米管的 一面2 ~ 4min,再用蒸馏水或去离子水清洗并干燥，然后再对其进行氧化处理，此工艺确保 了氧化锌纳米管的两端均能与碳纳米管相连接，而得到质量稳定的一维异质 纳米管。附图说明下面结合附图对本专利技术的优选方式作进一步详细的描述。 图l是对制得的一维异质纳米管使用日本JEOL 6700型场发射扫描电子 显微镜(SEM)观测后摄得的SEM照片。照片中的左侧图片为低倍照片，可见 其从上到下由黑自相间的三段组成，其中，上部的黑色部分对应的是碳纳米 管，中部的白色部分对应于氧化锌纳米管，下部的黑色部分对应于碳纳米管。照片中的右侧图片为左侧图片中相应圆框部分的高倍照片，其中，右上图片 为左侧图片上部圆框部分的放大照片，由其可以清楚地看到碳纳米管与氧化 锌纳米管相连接的部位，右下图片为左侧图片下部圆框部分的放大照片，由 其可看到氧化锌纳米管与碳纳米管相连接的部位，也可以看到破碎的氧化锌纳米管的端部；图2是对制得的一维异质纳米管使用JEM-200CX型透射电子显微镜(TEM) 观测后摄得的TEM照片，其中，图2a为碳纳米管与氧化锌纳米管连接部分的 TEM照片，图2b为氧化锌纳米管部分的选区电子衍射斑点；图3~图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化锌与碳构成的纳米管异质结，包括氧化锌纳米管和碳纳米管，其特征在于所说氧化锌纳米管与所说碳纳米管连接成一维异质纳米管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟国文，叶敏，杨大驰，刘建雄，赵相龙，韩方明，朱晓光，孔明光，张立德，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]