一种氧化锌纳米线图案的制备方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201310070914.0

申请日:

2013.03.06

公开号:

CN103172016A

公开日:

2013.06.26

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

未缴年费专利权终止IPC(主分类):B81C 1/00申请日:20130306授权公告日:20151028终止日期:20160306|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):B81C 1/00申请日:20130306|||公开

IPC分类号:

B81C1/00; B82Y40/00(2011.01)I

主分类号:

B81C1/00

申请人:

浙江大学

发明人:

万灵书; 欧洋; 朱凉伟; 徐志康

地址:

310027 浙江省杭州市西湖区浙大路38号

优先权:

专利代理机构:

杭州求是专利事务所有限公司 33200

代理人:

张法高

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内容摘要

本发明公开了一种氧化锌纳米线图案的制备方法,包括:(1)制备贯通型聚合物有序多孔膜;(2)在经射频磁控溅射技术预先生成氧化锌种子层的基底表面覆盖贯通型聚合物有序多孔膜;(3)将上述基底置于氧化锌前驱体及路易斯碱的水溶液中生长一定时间;(4)将以上基底浸泡于脱模剂中,除去贯通型聚合物有序多孔膜,清洗后基底表面即形成了氧化锌纳米线图案。本发明方法不依赖于现有的光刻和电子束刻蚀等图案化技术,氧化锌纳米线图案的一维垂直取向性高且能够实现阵列尺寸的动态可控调节,成本低廉,简单方便。

权利要求书

权利要求书
1.   一种氧化锌纳米线图案的制备方法,其特征在于它的步骤如下:
(1)将聚合物溶解在溶剂中制得浓度为0.1 mg/mL ~5.0 mg/mL的聚合物溶液,15℃~30℃下将聚合物溶液均匀铺展在冰面上,迅速置于相对湿度为60%~90%的环境中,待溶剂挥发后取出,制得贯通型聚合物有序多孔膜;
所述的聚合物为苯乙烯/甲基丙烯酸羟基乙酯嵌段共聚物、苯乙烯/甲基丙烯酸二甲氨基乙酯嵌段共聚物、苯乙烯/丙烯酸嵌段共聚物、苯乙烯/异戊二烯/苯乙烯嵌段共聚物或苯乙烯/丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种;所述的聚合物中苯乙烯单元的摩尔百分含量为30%~99%;
所述的溶剂为二硫化碳、二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、苯或甲苯;
(2)将基底先后分别置于丙酮、去离子水中超声清洗30分钟,氮气吹干后,采用射频磁控溅射技术在上述基底表面生成氧化锌种子层,射频磁控溅射技术的具体条件为:生长温度350℃、溅射压强1.0 Pa、气体氛围80 sccm Ar : 5 sccm O2、溅射时间1小时、溅射功率100 W;随后以步骤(1)制得的贯通型聚合物有序多孔膜作为模板覆盖于带有氧化锌种子层的基底表面,并在75℃热处理1小时,得到处理后的基底;
(3)将步骤(2)中处理后的基底浸没于含有氧化锌前驱体及路易斯碱的水溶液中,在50℃~90℃反应1小时~24小时,然后将上述基底浸没于异丙醇中5分钟,取出后于室温下晾干,即得到表面有氧化锌纳米线图案及贯通型聚合物有序多孔膜的基底;
所述的氧化锌前驱体为硝酸锌、硫酸锌或氯化锌,其浓度为5 mM~100 mM;
所述的路易斯碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、六次甲基四胺或二甲胺硼烷,其浓度为5 mM~100 mM;
(4)将步骤(3)中表面有氧化锌纳米线图案及贯通型聚合物有序多孔膜的基底浸泡于脱模剂中5分钟除去模板,之后用异丙醇清洗基底表面,室温下晾干后即在基底表面得到氧化锌纳米线图案;
所述的脱模剂为二硫化碳、二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、苯或甲苯。

2.   根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(3)中,所述的基底为硅片、玻璃、金片、银片、锌板、铜片、铁片、氧化铝或氮化镓。

说明书

说明书一种氧化锌纳米线图案的制备方法
技术领域
本发明涉及材料化学领域,具体涉及一种氧化锌纳米线图案的制备方法。
背景技术
氧化锌是一种室温下具有宽能带隙(3.37 eV)和高激子束缚能(60 meV)的半导体材料,在开发电子学、光电学、电化学仪器如常温紫外线激光发射器、场效应晶体管、高性能纳米传感器及太阳能电池等领域有着广泛的应用。精确控制氧化锌纳米材料的生长行为,制备具有氧化锌纳米结构图案,对满足当前纳米技术复杂多样的要求具有非常重要的意义。目前广泛使用的制备氧化锌纳米结构阵列的方法主要为光刻蚀和电子束蚀刻,它们依赖于大型仪器设备且成本高昂。胶体晶体阵列具有简单方便、成本低廉、利于大面积制备等优点。中国发明专利申请CN102219557A公开了一种利用胶体晶体‑纳米压印技术制备图案化氧化锌纳米薄膜的方法,通过胶体晶体自组装技术制备纳米压印所需模板,将氧化锌前驱体溶胶作为阻挡层,控制纳米压印的工艺参数,使得溶胶在压印过程中转化为凝胶,无需后续刻蚀工艺,直接压印出图案化的氧化锌薄膜。该方法可重复性高,可大范围、高效率、廉价制备图案化氧化锌薄膜。但是,该方法不能用于制备一维垂直取向的氧化锌纳米线阵列,未能充分发挥氧化锌纳米材料优异的光电性能。由此可见,现有制备氧化锌纳米线图案的方法大部分依赖于光刻蚀或者电子束刻蚀技术,需要大型仪器设备且操作繁琐复杂,尚没有简单高效的制备工艺。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种氧化锌纳米线图案的制备方法。
氧化锌纳米线图案的制备方法的步骤如下:
(1)将聚合物溶解在溶剂中制得浓度为0.1 mg/mL ~5.0 mg/mL的聚合物溶液,15℃~30℃下将聚合物溶液均匀铺展在冰面上,迅速置于相对湿度为60%~90%的环境中,待溶剂挥发后取出,制得贯通型聚合物有序多孔膜;
所述的聚合物为苯乙烯/甲基丙烯酸羟基乙酯嵌段共聚物、苯乙烯/甲基丙烯酸二甲氨基乙酯嵌段共聚物、苯乙烯/丙烯酸嵌段共聚物、苯乙烯/异戊二烯/苯乙烯嵌段共聚物或苯乙烯/丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种;所述的聚合物中苯乙烯单元的摩尔百分含量为30%~99%;
所述的溶剂为二硫化碳、二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、苯或甲苯;
(2)将基底先后分别置于丙酮、去离子水中超声清洗30分钟,氮气吹干后,采用射频磁控溅射技术在上述基底表面生成氧化锌种子层,射频磁控溅射技术的具体条件为:生长温度350℃、溅射压强1.0 Pa、气体氛围80 sccm Ar : 5 sccm O2、溅射时间1小时、溅射功率100 W;随后以步骤(1)制得的贯通型聚合物有序多孔膜作为模板覆盖于带有氧化锌种子层的基底表面,并在75℃热处理1小时,得到处理后的基底;
(3)将步骤(2)中处理后的基底浸没于含有氧化锌前驱体及路易斯碱的水溶液中,在50℃~90℃反应1小时~24小时,然后将上述基底浸没于异丙醇中5分钟,取出后于室温下晾干,即得到表面有氧化锌纳米线图案及贯通型聚合物有序多孔膜的基底;
所述的氧化锌前驱体为硝酸锌、硫酸锌或氯化锌,其浓度为5 mM~100 mM;
所述的路易斯碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、六次甲基四胺或二甲胺硼烷,其浓度为5 mM~100 mM;
(4)将步骤(3)中表面有氧化锌纳米线图案及贯通型聚合物有序多孔膜的基底浸泡于脱模剂中5分钟除去模板,之后用异丙醇清洗基底表面,室温下晾干后即在基底表面得到氧化锌纳米线图案;
所述的脱模剂为二硫化碳、二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、苯或甲苯。
步骤(3)中,所述的基底为硅片、玻璃、金片、银片、锌板、铜片、铁片、氧化铝或氮化镓。
本发明最突出的优点是不依赖于现有的光刻和电子束刻蚀等图案化技术,避免了大型高价仪器设备的使用,因而方法操作工艺简单,且反应条件温和、重复性好、成本低廉;氧化锌纳米线图案的一维垂直取向性高且能够实现图案尺寸的动态可控调节。所制备的氧化锌纳米线图案在常温紫外线激光发射器、高性能太阳能电池和高灵敏度纳米传感器等领域具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1中制得的贯通型聚合物有序多孔膜的扫描电子显微镜图像;
图2为实施例1中得到的氧化锌纳米线图案的扫描电子显微镜图像。
具体实施方式
本发明的基本原理是采用水滴模板法制备的贯通型聚合物有序多孔膜为模板,将该模板覆盖在经射频磁控溅射技术预先生成氧化锌种子层的基底表面,然后将基底置于氧化锌前驱体及路易斯碱的水溶液中生长一定时间,在基底表面制得氧化锌纳米线图案。
通过以下实施例对本发明做更详细的描述,但所述实施例不构成对本发明的限制。
实施例1
将PS‑b‑PDMAEMA溶解在二硫化碳制得1 mg/mL的均一PS‑b‑PDMAEMA溶液,PS‑b‑PDMAEMA中苯乙烯单元的摩尔百分含量为90%,室温下将0.1 mL的PS‑b‑PDMAEMA溶液均匀地铺展在冰面上,迅速将其置于相对湿度80%的环境,待溶剂挥发后取出制得贯通型PS‑b‑PDMAEMA蜂窝状有序多孔膜,其孔径尺寸为3.9 μm;将硅片先后分别置于丙酮溶液、去离子水中超声清洗30分钟,氮气吹干后,采用射频磁控溅射技术在上述硅片表面生成氧化锌种子层,具体条件为:生长温度350℃、溅射压强1.0 Pa、气体氛围80 sccm Ar : 5 sccm O2、溅射时间1小时、溅射功率100 W。在上述硅片表面覆盖贯通型PS‑b‑PDMAEMA蜂窝状有序多孔膜作为模板,并在75℃热处理1小时;将制得的硅片浸没于含有硝酸锌及六次甲基四胺的水溶液中,浓度均为5 mM,在70℃反应24小时,然后将上述硅片浸没于异丙醇中5分钟,取出后于室温下晾干;将上述硅片浸泡于甲苯中5分钟除去模板,之后用异丙醇清洗硅片表面,室温下晾干后即得到表面有氧化锌纳米线阵列的硅片。
实施例2
将PS‑b‑PHEMA溶解在二硫化碳制得1 mg/mL的均一PS‑b‑PHEMA溶液,PS‑b‑PHEMA中苯乙烯单元的摩尔百分含量为99%,室温下将0.1 mL的PS‑b‑PHEMA溶液均匀地铺展在冰面上,迅速将其置于相对湿度75%的环境,待溶剂挥发后取出制得贯通型PS‑b‑PHEMA蜂窝状有序多孔膜,其孔径尺寸为2 μm;将玻璃先后分别置于丙酮溶液、去离子水中超声清洗30分钟,氮气吹干后,采用射频磁控溅射技术在上述玻璃表面生成氧化锌种子层,具体条件为:生长温度350℃、溅射压强1.0 Pa、气体氛围80 sccm Ar : 5 sccm O2、溅射时间1小时、溅射功率100 W。在上述玻璃表面覆盖贯通型PS‑b‑PHEMA蜂窝状有序多孔膜作为模板,并在75℃热处理1小时;将制得的玻璃浸没于含有硝酸锌及六次甲基四胺的水溶液中,浓度均为100 mM,在70℃反应4小时,然后将上述玻璃浸没于异丙醇中5分钟,取出后于室温下晾干;将上述玻璃浸泡于二硫化碳中5分钟除去模板,之后用异丙醇清洗玻璃表面,室温下晾干后即得到表面有氧化锌纳米线阵列的玻璃。
实施例3
将PS‑b‑PAA溶解在二氯甲烷制得5 mg/mL的均一PS‑b‑PAA溶液,PS‑b‑PAA中苯乙烯单元的摩尔百分含量为95%,室温下将0.1 mL的PS‑b‑PAA溶液均匀地铺展在冰面上,迅速将其置于相对湿度90%的环境,待溶剂挥发后取出制得贯通型PS‑b‑PAA蜂窝状有序多孔膜,其孔径尺寸为3 μm;将金片先后分别置于丙酮溶液、去离子水中超声清洗30分钟,氮气吹干后,采用射频磁控溅射技术在上述金片表面生成氧化锌种子层,具体条件为:生长温度350℃、溅射压强1.0 Pa、气体氛围80 sccm Ar : 5 sccm O2、溅射时间1小时、溅射功率100 W。在上述金片表面覆盖贯通型PS‑b‑PAA蜂窝状有序多孔膜作为模板,并在75℃热处理1小时;将制得的金片浸没于含有硫酸锌及氢氧化钠的水溶液中,浓度均为5 mM,在50℃反应24小时,然后将上述金片浸没于异丙醇中5分钟,取出后于室温下晾干;将上述金片浸泡于甲苯中5分钟除去模板,之后用异丙醇清洗金片表面,室温下晾干后即得到表面有氧化锌纳米线阵列的金片。
实施例4
将SIS溶解在二硫化碳制得0.1 mg/mL的均一SIS溶液,SIS中苯乙烯单元的摩尔百分含量为30%,室温下将0.1 mL的SIS溶液均匀地铺展在冰面上,迅速将其置于相对湿度90%的环境,待溶剂挥发后取出制得贯通型SIS蜂窝状有序多孔膜,其孔径尺寸为8 μm;将银片先后分别置于丙酮溶液、去离子水中超声清洗30分钟,氮气吹干后,采用射频磁控溅射技术在上述银片表面生成氧化锌种子层,具体条件为:生长温度350℃、溅射压强1.0 Pa、气体氛围80 sccm Ar : 5 sccm O2、溅射时间1小时、溅射功率100 W。在上述银片表面覆盖贯通型SIS蜂窝状有序多孔膜作为模板,并在75℃热处理1小时;将制得的银片浸没于含有硫酸锌及氢氧化钾的水溶液中,浓度均为5 mM,在50℃反应24小时,然后将上述银片浸没于异丙醇中5分钟,取出后于室温下晾干;将上述银片浸泡于四氢呋喃中5分钟除去模板,之后用异丙醇清洗银片表面,室温下晾干后即得到表面有氧化锌纳米线阵列的银片。
实施例5
将SBS溶解在二硫化碳制得0.5 mg/mL的均一SBS溶液,SBS中苯乙烯单元的摩尔百分含量为35%,室温下将0.1 mL的SBS溶液均匀地铺展在冰面上,迅速将其置于相对湿度85%的环境,待溶剂挥发后取出制得贯通型SBS蜂窝状有序多孔膜,其孔径尺寸为9 μm;将锌板先后分别置于丙酮溶液、去离子水中超声清洗30分钟,氮气吹干后,采用射频磁控溅射技术在上述锌板表面生成氧化锌种子层,具体条件为:生长温度350℃、溅射压强1.0 Pa、气体氛围80 sccm Ar : 5 sccm O2、溅射时间1小时、溅射功率100 W。在上述锌板表面覆盖贯通型SBS蜂窝状有序多孔膜作为模板,并在75℃热处理1小时;将制得的锌板浸没于含有氯化锌及氨水的水溶液中,浓度均为20 mM,在90℃反应1小时,然后将上述锌板浸没于异丙醇中5分钟,取出后于室温下晾干;将上述锌板浸泡于四氢呋喃中5分钟除去模板,之后用异丙醇清洗锌板表面,室温下晾干后即得到表面有氧化锌纳米线阵列的锌板。
实施例6
将PS‑b‑PDMAEMA/SIS混合物溶解在氯仿制得均一PS‑b‑PDMAEMA/SIS混合物溶液,PS‑b‑PDMAEMA的浓度为1 mg/mL,SIS的浓度为0.5 mg/mL,PS‑b‑PDMAEMA/SIS中苯乙烯单元的摩尔百分含量均为65%,室温下将0.1 mL的PS‑b‑PDMAEMA/SIS溶液均匀地铺展在冰面上,迅速将其置于相对湿度80%的环境,待溶剂挥发后取出制得贯通型PS‑b‑PDMAEMA/SIS蜂窝状有序多孔膜,其孔径尺寸为5 μm;将铜片先后分别置于丙酮溶液、去离子水中超声清洗30分钟,氮气吹干后,采用射频磁控溅射技术在上述铜片表面生成氧化锌种子层,具体条件为:生长温度350℃、溅射压强1.0 Pa、气体氛围80 sccm Ar : 5 sccm O2、溅射时间1小时、溅射功率100 W。在上述铜片表面覆盖贯通型PS‑b‑PDMAEMA/SIS蜂窝状有序多孔膜作为模板,并在75℃热处理1小时;将制得的铜片浸没于含有硝酸锌及二甲胺硼烷的水溶液中,浓度均为10 mM,在65℃反应5小时,然后将上述铜片浸没于异丙醇中5分钟,取出后于室温下晾干;将上述铜片浸泡于氯仿中5分钟除去模板,之后用异丙醇清洗铜片表面,室温下晾干后即得到表面有氧化锌纳米线阵列的铜片。
实施例7
将PS‑b‑PAA溶解在四氢呋喃制得1.5 mg/mL的均一PS‑b‑PAA溶液,PS‑b‑PAA中苯乙烯单元的摩尔百分含量为60%,室温下将0.1 mL的PS‑b‑PAA溶液均匀地铺展在冰面上,迅速将其置于相对湿度75%的环境,待溶剂挥发后取出制得贯通型PS‑b‑PAA蜂窝状有序多孔膜,其孔径尺寸为4 μm;将铁片先后分别置于丙酮溶液、去离子水中超声清洗30分钟,氮气吹干后,采用射频磁控溅射技术在上述铁片表面生成氧化锌种子层,具体条件为:生长温度350℃、溅射压强1.0 Pa、气体氛围80 sccm Ar : 5 sccm O2、溅射时间1小时、溅射功率100 W。在上述铁片表面覆盖贯通型PS‑b‑PAA蜂窝状有序多孔膜作为模板,并在75℃热处理1小时;将制得的铁片浸没于含有硝酸锌及六次甲基四胺的水溶液中,浓度均为50 mM,在75℃反应12小时,然后将上述铁片浸没于异丙醇中5分钟,取出后于室温下晾干;将上述铁片浸泡于四氢呋喃中5分钟除去模板,之后用异丙醇清洗铁片表面,室温下晾干后即得到表面有氧化锌纳米线阵列的铁片。
实施例8
将PS‑b‑PDMAEMA溶解在苯制得0.5 mg/mL的均一PS‑b‑PDMAEMA溶液,PS‑b‑PDMAEMA中苯乙烯单元的摩尔百分含量为80%,室温下将0.1 mL的PS‑b‑PDMAEMA溶液均匀地铺展在冰面上,迅速将其置于相对湿度60%的环境,待溶剂挥发后取出制得贯通型PS‑b‑PDMAEMA蜂窝状有序多孔膜,其孔径尺寸为5 μm;将氧化铝先后分别置于丙酮溶液、去离子水中超声清洗30分钟,氮气吹干后,采用射频磁控溅射技术在上述氧化铝表面生成氧化锌种子层,具体条件为:生长温度350℃、溅射压强1.0 Pa、气体氛围80 sccm Ar : 5 sccm O2、溅射时间1小时、溅射功率100 W。在上述氧化铝表面覆盖贯通型PS‑b‑PDMAEMA蜂窝状有序多孔膜作为模板,并在75℃热处理1小时;将制得的氧化铝浸没于含有硝酸锌及六次甲基四胺的水溶液中,浓度均为60 mM,在60℃反应8小时,然后将上述氧化铝浸没于异丙醇中5分钟,取出后于室温下晾干;将上述氧化铝浸泡于苯中5分钟除去模板,之后用异丙醇清洗氧化铝表面,室温下晾干后即得到表面有氧化锌纳米线阵列的氧化铝。
实施例9
将PS‑b‑PDMAEMA溶解在甲苯制得2 mg/mL的均一PS‑b‑PDMAEMA溶液,PS‑b‑PDMAEMA中苯乙烯单元的摩尔百分含量为75%,室温下将0.1 mL的PS‑b‑PDMAEMA溶液均匀地铺展在冰面上,迅速将其置于相对湿度85%的环境,待溶剂挥发后取出制得贯通型PS‑b‑PDMAEMA蜂窝状有序多孔膜,其孔径尺寸为2 μm;将氮化镓先后分别置于丙酮溶液、去离子水中超声清洗30分钟,氮气吹干后,采用射频磁控溅射技术在上述氮化镓表面生成氧化锌种子层,具体条件为:生长温度350℃、溅射压强1.0 Pa、气体氛围80 sccm Ar : 5 sccm O2、溅射时间1小时、溅射功率100 W。在上述氮化镓表面覆盖贯通型PS‑b‑PDMAEMA蜂窝状有序多孔膜作为模板,并在75℃热处理1小时;将制得的氮化镓浸没于含有硝酸锌及六次甲基四胺的水溶液中,浓度均为10 mM,在75℃反应6小时,然后将上述氮化镓浸没于异丙醇中5分钟,取出后于室温下晾干;将上述氮化镓浸泡于二氯甲烷中5分钟除去模板,之后用异丙醇清洗氮化镓表面,室温下晾干后即得到表面有氧化锌纳米线阵列的氮化镓。

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1、(10)申请公布号 CN 103172016 A (43)申请公布日 2013.06.26 CN 103172016 A *CN103172016A* (21)申请号 201310070914.0 (22)申请日 2013.03.06 B81C 1/00(2006.01) B82Y 40/00(2011.01) (71)申请人 浙江大学 地址 310027 浙江省杭州市西湖区浙大路 38 号 (72)发明人 万灵书 欧洋 朱凉伟 徐志康 (74)专利代理机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 代理人 张法高 (54) 发明名称 一种氧化锌纳米线图案的制备方法 (57) 摘要 本发明公开。

2、了一种氧化锌纳米线图案的制备 方法, 包括 :(1) 制备贯通型聚合物有序多孔膜 ; (2)在经射频磁控溅射技术预先生成氧化锌种 子层的基底表面覆盖贯通型聚合物有序多孔膜 ; (3) 将上述基底置于氧化锌前驱体及路易斯碱的 水溶液中生长一定时间 ;(4) 将以上基底浸泡于 脱模剂中, 除去贯通型聚合物有序多孔膜, 清洗后 基底表面即形成了氧化锌纳米线图案。本发明方 法不依赖于现有的光刻和电子束刻蚀等图案化技 术, 氧化锌纳米线图案的一维垂直取向性高且能 够实现阵列尺寸的动态可控调节, 成本低廉, 简单 方便。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中。

3、华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103172016 A CN 103172016 A *CN103172016A* 1/1 页 2 1. 一种氧化锌纳米线图案的制备方法, 其特征在于它的步骤如下 : (1)将聚合物溶解在溶剂中制得浓度为 0.1 mg/mL 5.0 mg/mL 的聚合物溶液, 15 30下将聚合物溶液均匀铺展在冰面上, 迅速置于相对湿度为 60%90% 的环境中, 待 溶剂挥发后取出, 制得贯通型聚合物有序多孔膜 ; 所述的聚合物为苯乙烯 / 甲基丙烯酸羟基乙酯嵌段共聚物、 苯乙烯 / 甲基丙烯酸。

4、二甲 氨基乙酯嵌段共聚物、 苯乙烯 / 丙烯酸嵌段共聚物、 苯乙烯 / 异戊二烯 / 苯乙烯嵌段共聚物 或苯乙烯 / 丁二烯 / 苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种 ; 所述的聚合物中苯乙烯单元的摩 尔百分含量为 30%99% ; 所述的溶剂为二硫化碳、 二氯甲烷、 氯仿、 四氢呋喃、 苯或甲苯 ; (2) 将基底先后分别置于丙酮、 去离子水中超声清洗 30 分钟, 氮气吹干后, 采用射频磁 控溅射技术在上述基底表面生成氧化锌种子层, 射频磁控溅射技术的具体条件为 : 生长温 度350、 溅射压强1.0 Pa、 气体氛围80 sccm Ar : 5 sccm O2、 溅射时间1小时、 溅射功率 1。

5、00 W ; 随后以步骤 (1) 制得的贯通型聚合物有序多孔膜作为模板覆盖于带有氧化锌种子层 的基底表面, 并在 75热处理 1 小时, 得到处理后的基底 ; (3) 将步骤 (2) 中处理后的基底浸没于含有氧化锌前驱体及路易斯碱的水溶液中, 在 50 90反应 1 小时 24 小时, 然后将上述基底浸没于异丙醇中 5 分钟, 取出后于室温下 晾干, 即得到表面有氧化锌纳米线图案及贯通型聚合物有序多孔膜的基底 ; 所述的氧化锌前驱体为硝酸锌、 硫酸锌或氯化锌, 其浓度为 5 mM100 mM ; 所述的路易斯碱为氢氧化钠、 氢氧化钾、 氨水、 六次甲基四胺或二甲胺硼烷, 其浓度为 5 mM10。

6、0 mM ; (4) 将步骤 (3) 中表面有氧化锌纳米线图案及贯通型聚合物有序多孔膜的基底浸泡于 脱模剂中 5 分钟除去模板, 之后用异丙醇清洗基底表面, 室温下晾干后即在基底表面得到 氧化锌纳米线图案 ; 所述的脱模剂为二硫化碳、 二氯甲烷、 氯仿、 四氢呋喃、 苯或甲苯。 2. 根据权利要求 1 所述的制备方法, 其特征在于步骤 (3) 中, 所述的基底为硅片、 玻璃、 金片、 银片、 锌板、 铜片、 铁片、 氧化铝或氮化镓。 权 利 要 求 书 CN 103172016 A 2 1/5 页 3 一种氧化锌纳米线图案的制备方法 技术领域 0001 本发明涉及材料化学领域, 具体涉及一种氧。

7、化锌纳米线图案的制备方法。 背景技术 0002 氧化锌是一种室温下具有宽能带隙 (3.37 eV) 和高激子束缚能 (60 meV) 的半导 体材料, 在开发电子学、 光电学、 电化学仪器如常温紫外线激光发射器、 场效应晶体管、 高性 能纳米传感器及太阳能电池等领域有着广泛的应用。精确控制氧化锌纳米材料的生长行 为, 制备具有氧化锌纳米结构图案, 对满足当前纳米技术复杂多样的要求具有非常重要的 意义。目前广泛使用的制备氧化锌纳米结构阵列的方法主要为光刻蚀和电子束蚀刻, 它们 依赖于大型仪器设备且成本高昂。 胶体晶体阵列具有简单方便、 成本低廉、 利于大面积制备 等优点。中国发明专利申请 CN1。

8、02219557A 公开了一种利用胶体晶体 - 纳米压印技术制备 图案化氧化锌纳米薄膜的方法, 通过胶体晶体自组装技术制备纳米压印所需模板, 将氧化 锌前驱体溶胶作为阻挡层, 控制纳米压印的工艺参数, 使得溶胶在压印过程中转化为凝胶, 无需后续刻蚀工艺, 直接压印出图案化的氧化锌薄膜。该方法可重复性高, 可大范围、 高效 率、 廉价制备图案化氧化锌薄膜。 但是, 该方法不能用于制备一维垂直取向的氧化锌纳米线 阵列, 未能充分发挥氧化锌纳米材料优异的光电性能。 由此可见, 现有制备氧化锌纳米线图 案的方法大部分依赖于光刻蚀或者电子束刻蚀技术, 需要大型仪器设备且操作繁琐复杂, 尚没有简单高效的制。

9、备工艺。 发明内容 0003 本发明的目的是克服现有技术的不足, 提供一种氧化锌纳米线图案的制备方法。 0004 氧化锌纳米线图案的制备方法的步骤如下 : (1)将聚合物溶解在溶剂中制得浓度为 0.1 mg/mL 5.0 mg/mL 的聚合物溶液, 15 30下将聚合物溶液均匀铺展在冰面上, 迅速置于相对湿度为 60%90% 的环境中, 待 溶剂挥发后取出, 制得贯通型聚合物有序多孔膜 ; 所述的聚合物为苯乙烯 / 甲基丙烯酸羟基乙酯嵌段共聚物、 苯乙烯 / 甲基丙烯酸二甲 氨基乙酯嵌段共聚物、 苯乙烯 / 丙烯酸嵌段共聚物、 苯乙烯 / 异戊二烯 / 苯乙烯嵌段共聚物 或苯乙烯 / 丁二烯 。

10、/ 苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种 ; 所述的聚合物中苯乙烯单元的摩 尔百分含量为 30%99% ; 所述的溶剂为二硫化碳、 二氯甲烷、 氯仿、 四氢呋喃、 苯或甲苯 ; (2) 将基底先后分别置于丙酮、 去离子水中超声清洗 30 分钟, 氮气吹干后, 采用射频磁 控溅射技术在上述基底表面生成氧化锌种子层, 射频磁控溅射技术的具体条件为 : 生长温 度350、 溅射压强1.0 Pa、 气体氛围80 sccm Ar : 5 sccm O2、 溅射时间1小时、 溅射功率 100 W ; 随后以步骤 (1) 制得的贯通型聚合物有序多孔膜作为模板覆盖于带有氧化锌种子层 的基底表面, 并在 75热处理 。

11、1 小时, 得到处理后的基底 ; (3) 将步骤 (2) 中处理后的基底浸没于含有氧化锌前驱体及路易斯碱的水溶液中, 在 说 明 书 CN 103172016 A 3 2/5 页 4 50 90反应 1 小时 24 小时, 然后将上述基底浸没于异丙醇中 5 分钟, 取出后于室温下 晾干, 即得到表面有氧化锌纳米线图案及贯通型聚合物有序多孔膜的基底 ; 所述的氧化锌前驱体为硝酸锌、 硫酸锌或氯化锌, 其浓度为 5 mM100 mM ; 所述的路易斯碱为氢氧化钠、 氢氧化钾、 氨水、 六次甲基四胺或二甲胺硼烷, 其浓度为 5 mM100 mM ; (4) 将步骤 (3) 中表面有氧化锌纳米线图案及。

12、贯通型聚合物有序多孔膜的基底浸泡于 脱模剂中 5 分钟除去模板, 之后用异丙醇清洗基底表面, 室温下晾干后即在基底表面得到 氧化锌纳米线图案 ; 所述的脱模剂为二硫化碳、 二氯甲烷、 氯仿、 四氢呋喃、 苯或甲苯。 0005 步骤 (3) 中, 所述的基底为硅片、 玻璃、 金片、 银片、 锌板、 铜片、 铁片、 氧化铝或氮化 镓。 0006 本发明最突出的优点是不依赖于现有的光刻和电子束刻蚀等图案化技术, 避免了 大型高价仪器设备的使用, 因而方法操作工艺简单, 且反应条件温和、 重复性好、 成本低廉 ; 氧化锌纳米线图案的一维垂直取向性高且能够实现图案尺寸的动态可控调节。 所制备的氧 化锌纳。

13、米线图案在常温紫外线激光发射器、 高性能太阳能电池和高灵敏度纳米传感器等领 域具有良好的应用前景。 附图说明 0007 图 1 为实施例 1 中制得的贯通型聚合物有序多孔膜的扫描电子显微镜图像 ; 图 2 为实施例 1 中得到的氧化锌纳米线图案的扫描电子显微镜图像。 具体实施方式 0008 本发明的基本原理是采用水滴模板法制备的贯通型聚合物有序多孔膜为模板, 将 该模板覆盖在经射频磁控溅射技术预先生成氧化锌种子层的基底表面, 然后将基底置于氧 化锌前驱体及路易斯碱的水溶液中生长一定时间, 在基底表面制得氧化锌纳米线图案。 0009 通过以下实施例对本发明做更详细的描述, 但所述实施例不构成对本。

14、发明的限 制。 0010 实施例 1 将 PS-b-PDMAEMA 溶 解 在 二 硫 化 碳 制 得 1 mg/mL 的 均 一 PS-b-PDMAEMA 溶 液, PS-b-PDMAEMA 中苯乙烯单元的摩尔百分含量为 90%, 室温下将 0.1 mL 的 PS-b-PDMAEMA 溶 液均匀地铺展在冰面上, 迅速将其置于相对湿度 80% 的环境, 待溶剂挥发后取出制得贯通 型 PS-b-PDMAEMA 蜂窝状有序多孔膜, 其孔径尺寸为 3.9 m ; 将硅片先后分别置于丙酮溶 液、 去离子水中超声清洗 30 分钟, 氮气吹干后, 采用射频磁控溅射技术在上述硅片表面生 成氧化锌种子层, 具。

15、体条件为 : 生长温度350、 溅射压强1.0 Pa、 气体氛围80 sccm Ar : 5 sccm O2、 溅射时间 1 小时、 溅射功率 100 W。在上述硅片表面覆盖贯通型 PS-b-PDMAEMA 蜂 窝状有序多孔膜作为模板, 并在 75热处理 1 小时 ; 将制得的硅片浸没于含有硝酸锌及六 次甲基四胺的水溶液中, 浓度均为 5 mM, 在 70反应 24 小时, 然后将上述硅片浸没于异丙 醇中 5 分钟, 取出后于室温下晾干 ; 将上述硅片浸泡于甲苯中 5 分钟除去模板, 之后用异丙 醇清洗硅片表面, 室温下晾干后即得到表面有氧化锌纳米线阵列的硅片。 说 明 书 CN 103172。

16、016 A 4 3/5 页 5 0011 实施例 2 将 PS-b-PHEMA 溶解在二硫化碳制得 1 mg/mL 的均一 PS-b-PHEMA 溶液, PS-b-PHEMA 中 苯乙烯单元的摩尔百分含量为 99%, 室温下将 0.1 mL 的 PS-b-PHEMA 溶液均匀地铺展在冰 面上, 迅速将其置于相对湿度 75% 的环境, 待溶剂挥发后取出制得贯通型 PS-b-PHEMA 蜂窝 状有序多孔膜, 其孔径尺寸为 2 m ; 将玻璃先后分别置于丙酮溶液、 去离子水中超声清洗 30 分钟, 氮气吹干后, 采用射频磁控溅射技术在上述玻璃表面生成氧化锌种子层, 具体条件 为 : 生长温度 350。

17、、 溅射压强 1.0 Pa、 气体氛围 80 sccm Ar : 5 sccm O2、 溅射时间 1 小 时、 溅射功率100 W。 在上述玻璃表面覆盖贯通型PS-b-PHEMA蜂窝状有序多孔膜作为模板, 并在 75热处理 1 小时 ; 将制得的玻璃浸没于含有硝酸锌及六次甲基四胺的水溶液中, 浓 度均为 100 mM, 在 70反应 4 小时, 然后将上述玻璃浸没于异丙醇中 5 分钟, 取出后于室温 下晾干 ; 将上述玻璃浸泡于二硫化碳中 5 分钟除去模板, 之后用异丙醇清洗玻璃表面, 室温 下晾干后即得到表面有氧化锌纳米线阵列的玻璃。 0012 实施例 3 将 PS-b-PAA 溶解在二氯甲。

18、烷制得 5 mg/mL 的均一 PS-b-PAA 溶液, PS-b-PAA 中苯乙烯 单元的摩尔百分含量为 95%, 室温下将 0.1 mL 的 PS-b-PAA 溶液均匀地铺展在冰面上, 迅速 将其置于相对湿度 90% 的环境, 待溶剂挥发后取出制得贯通型 PS-b-PAA 蜂窝状有序多孔 膜, 其孔径尺寸为 3 m ; 将金片先后分别置于丙酮溶液、 去离子水中超声清洗 30 分钟, 氮 气吹干后, 采用射频磁控溅射技术在上述金片表面生成氧化锌种子层, 具体条件为 : 生长温 度350、 溅射压强1.0 Pa、 气体氛围80 sccm Ar : 5 sccm O2、 溅射时间1小时、 溅射功。

19、率 100 W。在上述金片表面覆盖贯通型 PS-b-PAA 蜂窝状有序多孔膜作为模板, 并在 75热处 理1小时 ; 将制得的金片浸没于含有硫酸锌及氢氧化钠的水溶液中, 浓度均为5 mM, 在50 反应24小时, 然后将上述金片浸没于异丙醇中5分钟, 取出后于室温下晾干 ; 将上述金片浸 泡于甲苯中 5 分钟除去模板, 之后用异丙醇清洗金片表面, 室温下晾干后即得到表面有氧 化锌纳米线阵列的金片。 0013 实施例 4 将SIS溶解在二硫化碳制得0.1 mg/mL的均一SIS溶液, SIS中苯乙烯单元的摩尔百分 含量为 30%, 室温下将 0.1 mL 的 SIS 溶液均匀地铺展在冰面上, 迅。

20、速将其置于相对湿度 90% 的环境, 待溶剂挥发后取出制得贯通型 SIS 蜂窝状有序多孔膜, 其孔径尺寸为 8 m ; 将银 片先后分别置于丙酮溶液、 去离子水中超声清洗 30 分钟, 氮气吹干后, 采用射频磁控溅射 技术在上述银片表面生成氧化锌种子层, 具体条件为 : 生长温度 350、 溅射压强 1.0 Pa、 气体氛围 80 sccm Ar : 5 sccm O2、 溅射时间 1 小时、 溅射功率 100 W。在上述银片表面覆 盖贯通型 SIS 蜂窝状有序多孔膜作为模板, 并在 75热处理 1 小时 ; 将制得的银片浸没于 含有硫酸锌及氢氧化钾的水溶液中, 浓度均为 5 mM, 在 50。

21、反应 24 小时, 然后将上述银片 浸没于异丙醇中5分钟, 取出后于室温下晾干 ; 将上述银片浸泡于四氢呋喃中5分钟除去模 板, 之后用异丙醇清洗银片表面, 室温下晾干后即得到表面有氧化锌纳米线阵列的银片。 0014 实施例 5 将SBS溶解在二硫化碳制得0.5 mg/mL的均一SBS溶液, SBS中苯乙烯单元的摩尔百分 含量为 35%, 室温下将 0.1 mL 的 SBS 溶液均匀地铺展在冰面上, 迅速将其置于相对湿度 85% 的环境, 待溶剂挥发后取出制得贯通型 SBS 蜂窝状有序多孔膜, 其孔径尺寸为 9 m ; 将锌 说 明 书 CN 103172016 A 5 4/5 页 6 板先后。

22、分别置于丙酮溶液、 去离子水中超声清洗 30 分钟, 氮气吹干后, 采用射频磁控溅射 技术在上述锌板表面生成氧化锌种子层, 具体条件为 : 生长温度 350、 溅射压强 1.0 Pa、 气体氛围 80 sccm Ar : 5 sccm O2、 溅射时间 1 小时、 溅射功率 100 W。在上述锌板表面覆 盖贯通型 SBS 蜂窝状有序多孔膜作为模板, 并在 75热处理 1 小时 ; 将制得的锌板浸没于 含有氯化锌及氨水的水溶液中, 浓度均为 20 mM, 在 90反应 1 小时, 然后将上述锌板浸没 于异丙醇中 5 分钟, 取出后于室温下晾干 ; 将上述锌板浸泡于四氢呋喃中 5 分钟除去模板, 。

23、之后用异丙醇清洗锌板表面, 室温下晾干后即得到表面有氧化锌纳米线阵列的锌板。 0015 实施例 6 将 PS-b-PDMAEMA/SIS 混合物溶解在氯仿制得均一 PS-b-PDMAEMA/SIS 混合物溶液, PS-b-PDMAEMA 的浓度为 1 mg/mL, SIS 的浓度为 0.5 mg/mL, PS-b-PDMAEMA/SIS 中苯乙烯单 元的摩尔百分含量均为65%, 室温下将0.1 mL的PS-b-PDMAEMA/SIS溶液均匀地铺展在冰面 上, 迅速将其置于相对湿度 80% 的环境, 待溶剂挥发后取出制得贯通型 PS-b-PDMAEMA/SIS 蜂窝状有序多孔膜, 其孔径尺寸为 。

24、5 m ; 将铜片先后分别置于丙酮溶液、 去离子水中超声 清洗 30 分钟, 氮气吹干后, 采用射频磁控溅射技术在上述铜片表面生成氧化锌种子层, 具 体条件为 : 生长温度350、 溅射压强1.0 Pa、 气体氛围80 sccm Ar : 5 sccm O2、 溅射时间 1 小时、 溅射功率 100 W。在上述铜片表面覆盖贯通型 PS-b-PDMAEMA/SIS 蜂窝状有序多孔 膜作为模板, 并在 75热处理 1 小时 ; 将制得的铜片浸没于含有硝酸锌及二甲胺硼烷的水 溶液中, 浓度均为 10 mM, 在 65反应 5 小时, 然后将上述铜片浸没于异丙醇中 5 分钟, 取出 后于室温下晾干 ;。

25、 将上述铜片浸泡于氯仿中 5 分钟除去模板, 之后用异丙醇清洗铜片表面, 室温下晾干后即得到表面有氧化锌纳米线阵列的铜片。 0016 实施例 7 将 PS-b-PAA 溶解在四氢呋喃制得 1.5 mg/mL 的均一 PS-b-PAA 溶液, PS-b-PAA 中苯乙 烯单元的摩尔百分含量为 60%, 室温下将 0.1 mL 的 PS-b-PAA 溶液均匀地铺展在冰面上, 迅 速将其置于相对湿度75%的环境, 待溶剂挥发后取出制得贯通型PS-b-PAA蜂窝状有序多孔 膜, 其孔径尺寸为 4 m ; 将铁片先后分别置于丙酮溶液、 去离子水中超声清洗 30 分钟, 氮 气吹干后, 采用射频磁控溅射技。

26、术在上述铁片表面生成氧化锌种子层, 具体条件为 : 生长温 度350、 溅射压强1.0 Pa、 气体氛围80 sccm Ar : 5 sccm O2、 溅射时间1小时、 溅射功率 100 W。在上述铁片表面覆盖贯通型 PS-b-PAA 蜂窝状有序多孔膜作为模板, 并在 75热处 理 1 小时 ; 将制得的铁片浸没于含有硝酸锌及六次甲基四胺的水溶液中, 浓度均为 50 mM, 在 75反应 12 小时, 然后将上述铁片浸没于异丙醇中 5 分钟, 取出后于室温下晾干 ; 将上 述铁片浸泡于四氢呋喃中 5 分钟除去模板, 之后用异丙醇清洗铁片表面, 室温下晾干后即 得到表面有氧化锌纳米线阵列的铁片。。

27、 0017 实施例 8 将 PS-b-PDMAEMA 溶解在苯制得 0.5 mg/mL 的均一 PS-b-PDMAEMA 溶液, PS-b-PDMAEMA 中苯乙烯单元的摩尔百分含量为80%, 室温下将0.1 mL的PS-b-PDMAEMA溶液均匀地铺展在 冰面上, 迅速将其置于相对湿度 60% 的环境, 待溶剂挥发后取出制得贯通型 PS-b-PDMAEMA 蜂窝状有序多孔膜, 其孔径尺寸为 5 m ; 将氧化铝先后分别置于丙酮溶液、 去离子水中超 声清洗 30 分钟, 氮气吹干后, 采用射频磁控溅射技术在上述氧化铝表面生成氧化锌种子 层, 具体条件为 : 生长温度 350、 溅射压强 1.0。

28、 Pa、 气体氛围 80 sccm Ar : 5 sccm O2、 溅 说 明 书 CN 103172016 A 6 5/5 页 7 射时间 1 小时、 溅射功率 100 W。在上述氧化铝表面覆盖贯通型 PS-b-PDMAEMA 蜂窝状有序 多孔膜作为模板, 并在 75热处理 1 小时 ; 将制得的氧化铝浸没于含有硝酸锌及六次甲基 四胺的水溶液中, 浓度均为 60 mM, 在 60反应 8 小时, 然后将上述氧化铝浸没于异丙醇中 5 分钟, 取出后于室温下晾干 ; 将上述氧化铝浸泡于苯中 5 分钟除去模板, 之后用异丙醇清 洗氧化铝表面, 室温下晾干后即得到表面有氧化锌纳米线阵列的氧化铝。 0。

29、018 实施例 9 将 PS-b-PDMAEMA 溶解在甲苯制得 2 mg/mL 的均一 PS-b-PDMAEMA 溶液, PS-b-PDMAEMA 中苯乙烯单元的摩尔百分含量为75%, 室温下将0.1 mL的PS-b-PDMAEMA溶液均匀地铺展在 冰面上, 迅速将其置于相对湿度 85% 的环境, 待溶剂挥发后取出制得贯通型 PS-b-PDMAEMA 蜂窝状有序多孔膜, 其孔径尺寸为 2 m ; 将氮化镓先后分别置于丙酮溶液、 去离子水中超 声清洗 30 分钟, 氮气吹干后, 采用射频磁控溅射技术在上述氮化镓表面生成氧化锌种子 层, 具体条件为 : 生长温度 350、 溅射压强 1.0 Pa。

30、、 气体氛围 80 sccm Ar : 5 sccm O2、 溅 射时间 1 小时、 溅射功率 100 W。在上述氮化镓表面覆盖贯通型 PS-b-PDMAEMA 蜂窝状有序 多孔膜作为模板, 并在 75热处理 1 小时 ; 将制得的氮化镓浸没于含有硝酸锌及六次甲基 四胺的水溶液中, 浓度均为 10 mM, 在 75反应 6 小时, 然后将上述氮化镓浸没于异丙醇中 5 分钟, 取出后于室温下晾干 ; 将上述氮化镓浸泡于二氯甲烷中 5 分钟除去模板, 之后用异 丙醇清洗氮化镓表面, 室温下晾干后即得到表面有氧化锌纳米线阵列的氮化镓。 说 明 书 CN 103172016 A 7 1/1 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103172016 A 8 。

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