【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无机材料，具体涉及一种具有可见光致超亲水性复合半导体结构阵列及其制备方法。
技术介绍
1、对于某些敏感性材料，当受到外界刺激，例如光照、温度、电场、ph值变化时，表面的化学成分发生改变，从而引起表面润湿行为的改变。其中，光照是外界刺激的重要类型。光响应的氧化物和有机高分子材料在紫外光照后接触角会减小(有些材料甚至能达到超亲水)，放置在黑暗环境后又会恢复到初始状态，并且可以循环变化。tio2、sno2等无机氧化物和有机高分子相比，具有结构和化学成分稳定，毒性低以及浸润性变化幅度较大的优点，因而更加受到关注。这种亲水-疏水性可逆转化的智能表面在光学镜头、自清洁表面、防雾表面、芯片实验室系统等许多领域都具有极好的应用前景。
2、目前文献中对于紫外光照引起的tio2等半导体材料的超亲水性有较多的报道，而对可见光致超亲水性的报道相对较少。将光响应的波段由紫外光拓展到可见光区，能够大大拓展光致亲水薄膜的应用领域。如何通过优化薄膜成分、设计表面微结构，进一步拓宽光响应的波段成为决定其使用价值的关键。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术中氧化物光致超亲水性光响应波段过窄、光致亲水性能不佳、稳定性差等问题，提供一种具有可见光致超亲水性复合半导体结构阵列及其制备方法，从而将光响应的波段由紫外光拓展到可见光区，极大拓展了光致亲水薄膜的应用领域。
2、一种具有可见光致超亲水性的复合半导体结构阵列的制备方法，包括如下步骤：
3、s1：薄膜制备：
4、s2：排布聚苯乙烯微球：对玻璃基片进行预处理，获得表面洁净的玻璃基片；采用旋涂法，通过匀胶机，在玻璃基片上滴注聚苯乙烯胶体溶液，得到排布好的聚苯乙烯微球阵列；随后再将聚苯乙烯微球阵列转移至tio2/sno2复合薄膜表面；
5、s3：刻蚀图形：采用化学辅助离子束刻蚀方法，用氩离子束对步骤s2所得tio2/sno2复合薄膜表面进行刻蚀；其中，入射离子能量为400-500ev，束流密度为0.2-0.25ma/cm2，时间为7-20分钟，样品台倾斜角度为5-15°；刻蚀完毕后残留的聚苯乙烯微球用有机溶剂超声清洗去除，得到tio2/sno2复合微结构阵列；
6、s4：采用管式炉对步骤s3所得tio2/sno2复合微结构阵列进行退火，使其晶化；其中，退火温度为500-550℃，时间为3-4小时；随后再进行电子辐照，电子能量为3-4.5mev，注量率为2e12-2e14 cm-2s-1，注量为1e15-1e16cm-2，即可得到所述复合半导体结构阵列。
7、优选的，步骤s1具体为：先在基底上镀制一层sno2薄膜，溅射电压为0.5-0.7kv，溅射功率为80-110w，时间为30-45min；再在sno2薄膜上表面镀制一层tio2薄膜，溅射电压为0.6-0.8kv，溅射功率为105-140w，时间为15-25min。
8、优选的，步骤s2中对玻璃基片预处理的步骤具体为：将玻璃基片依次放入丙酮、酒精、去离子水中各超声清洗至少20min，再放入摩尔比为3：1的浓h2so4/h2o2混合液中浸泡8h，再放入摩尔比为1：1：3的氨水/h2o2/去离子水混合液中超声清洗1h，用去离子水超声清洗后，获得表面洁净的玻璃基片。
9、优选的，步骤s2旋涂的具体过程为：以2-3滴/s的速度，在玻璃基片上滴注聚苯乙烯胶体溶液，控制匀胶机摊胶阶段的转速为80-90r/min，匀胶阶段的转速为240-350r/min，得到单层六方排列的聚苯乙烯微球阵列；聚苯乙烯微球直径为100-200nm，阵列呈单层六方排列。
10、优选的，步骤s2中所述转移的具体过程为：将表面覆有聚苯乙烯微球的玻璃基片浸入去离子水中，使聚苯乙烯微球和玻璃基片分离并浮于水中，再将步骤s1所得tio2/sno2复合薄膜置于聚苯乙烯微球下方，使聚苯乙烯微球阵列沉积于tio2/sno2复合薄膜表面。
11、优选的，步骤s3中所述氩离子束的入射离子能量为400ev，束流密度为0.25ma/cm2，时间为15分钟，样品台倾斜角度为10°。
12、优选的，步骤s4中所述退火温度为550℃，时间为3小时。
13、优选的，步骤s4中所述电子辐照的电子能量为4.5mev，注量率为2e12 cm-2s-1，注量为5e15cm-2。
14、上述任意一条所述的制备方法制备得到的具有可见光致超亲水性的复合半导体结构阵列。
15、有益效果：
16、1.本专利技术选取tio2和sno2两种半导体形成氧化物复合结构，提高了载流子分离效率，促进表面氧空位形成，提高了薄膜表面的光致亲水性能。
17、2.在tio2和sno2复合结构的基础上，本专利技术以ps微球为掩模，利用氩离子束对其表面进行化学辅助离子束刻蚀，通过控制入射离子能量、束流密度、刻蚀时间等参数，实现对tio2和sno2复合结构阵列表面形貌的精确调控，最终获得六方排列的规则阵列，对浸润性具有明显的放大作用，其光致超亲水能力显著提升。该制备过程简单且能够有效地控制表面微结构的形貌。
18、3.为进一步提高光致超亲水性的稳定性，本专利技术还采用电子辐照手段，增加tio2/sno2复合结构阵列中氧空位等缺陷的浓度，提高表面羟基自由基含量，促进光致超亲水性的稳定性提升。
19、4.本专利技术通过tio2/sno2复合结构、ps微球模板、化学辅助离子束刻蚀、电子辐照等多种方法的深度结合，拓宽了氧化物薄膜的光响应波段，将光致超亲水薄膜的应用范围延伸到可见光领域，光致超亲水性变化幅度及稳定性更高。
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1.一种具有可见光致超亲水性的复合半导体结构阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种具有可见光致超亲水性的复合半导体结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤S1具体为：先在基底上镀制一层SnO2薄膜，溅射电压为0.5-0.7kV，溅射功率为80-110W，时间为30-45min；再在SnO2薄膜上表面镀制一层TiO2薄膜，溅射电压为0.6-0.8kV，溅射功率为105-140W，时间为15-25min。
3.根据权利要求1所述的一种具有可见光致超亲水性的复合半导体结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤S2中对玻璃基片预处理的步骤具体为：将玻璃基片依次放入丙酮、酒精、去离子水中各超声清洗至少20min，随后放入摩尔比为3：1的浓H2SO4/ H2O2混合液中浸泡8h，再放入摩尔比为1：1：3的氨水/H2O2/去离子水混合液中超声清洗1h，最后用去离子水超声清洗后，获得表面洁净的玻璃基片。
4.根据权利要求1所述的一种具有可见光致超亲水性的复合半导体结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤S2旋涂的具体过程为：以2-3滴/s的
5.根据权利要求4所述的一种具有可见光致超亲水性的复合半导体结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述转移的具体过程为：将表面覆有聚苯乙烯微球的玻璃基片浸入去离子水中，使聚苯乙烯微球和玻璃基片分离并浮于水中，再将步骤S1所得TiO2/SnO2复合薄膜置于聚苯乙烯微球下方，使聚苯乙烯微球阵列沉积于TiO2/SnO2复合薄膜表面。
6.根据权利要求1所述的一种具有可见光致超亲水性的复合半导体结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述氩离子束的入射离子能量为400eV，束流密度为0.25mA/cm2，时间为15分钟，样品台倾斜角度为10°。
7.根据权利要求1所述的一种具有可见光致超亲水性的复合半导体结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述退火温度为550℃，时间为3小时。
8. 根据权利要求1所述的一种具有可见光致超亲水性的复合半导体结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述电子辐照的电子能量为4.5MeV，注量率为2E12 cm-2s-1，注量为5E15cm-2。
9.根据权利要求1-8任意一条所述的制备方法制备得到的具有可见光致超亲水性的复合半导体结构阵列。
...【技术特征摘要】
1.一种具有可见光致超亲水性的复合半导体结构阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种具有可见光致超亲水性的复合半导体结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤s1具体为：先在基底上镀制一层sno2薄膜，溅射电压为0.5-0.7kv，溅射功率为80-110w，时间为30-45min；再在sno2薄膜上表面镀制一层tio2薄膜，溅射电压为0.6-0.8kv，溅射功率为105-140w，时间为15-25min。
3.根据权利要求1所述的一种具有可见光致超亲水性的复合半导体结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤s2中对玻璃基片预处理的步骤具体为：将玻璃基片依次放入丙酮、酒精、去离子水中各超声清洗至少20min，随后放入摩尔比为3：1的浓h2so4/ h2o2混合液中浸泡8h，再放入摩尔比为1：1：3的氨水/h2o2/去离子水混合液中超声清洗1h，最后用去离子水超声清洗后，获得表面洁净的玻璃基片。
4.根据权利要求1所述的一种具有可见光致超亲水性的复合半导体结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤s2旋涂的具体过程为：以2-3滴/s的速度，在玻璃基片上滴注聚苯乙烯胶体溶液，控制匀胶机摊胶阶段的转速为80-90r/min，匀胶阶段的转速为240-350r/min，得...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈舒恬，刘超凡，朱罡均，杨雪锐，刘祥国，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：
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