本发明专利技术涉及一种定向生长单晶ZnO纳米墙的水溶液制备方法，克服现有技术存在的多晶非定向问题。解决方案是：a.ZnO种子层制备，将摩尔比为1:1的Zn(CH3COO)2·2H2O和Al(NO3)3.9H2O与体积比为1:1的乙二醇甲醚和乙醇组成的混合溶剂混合，使Zn2+浓度为0.05-0.5mol/L，制备得到含有种子层的ITO玻璃基底备用；b.ZnO纳米墙生长，将Zn(NO3)26H2O与(CH3)6N4按摩尔比为1:1配制成0.025-0.05mol/L的溶液，在ITO玻璃上得到一层白色薄膜。本发明专利技术通过在种子液中加入Al(NO3)3.9H2O,可实现ZnO纳米墙定向生长；通过对ZnO纳米墙高温热处理，可实现ZnO纳米墙单晶化，对气敏传感器提供更有效的导电通道以提高电导率。
【技术实现步骤摘要】
—种定向生长单晶ZnO纳米墙的水溶液制备方法
本专利技术涉及高性能的气敏传感器的制造
，具体涉及。
技术介绍
气体传感器广泛应用于环境安全监测、毒气报警和生产流程控制等领域。ZnO纳米墙是一种优良的二维传感器活性材料多孔结构使其具有体积小、质量轻、比表面积大的特点；大的比表面积又赋予了材料优异的机械柔韧性，因此，这为ZnO纳米墙在气体传感器上的应用奠定了良好基础。生长高质量的ZnO纳米墙是国内外的研究热点。目前ZnO纳米墙的制备方法有金属有机物气相沉积法(MOCVD) [3_5]，脉冲激光沉积法(PLD)[6],电化学沉积法[7_8]，碳热还原法[9]，物理热蒸发法[1°_11]，水溶液法[12_14]等。相比其他制备方法，水溶液化学法(ACG)技术已被发展成为在较温和温度和低成本下在各种的基底上(例如无定形，单晶，多晶，透明，引导，柔性等)生长功能的金属氧化物涂层的常用方法。该方法不需要外加场，不需要任何模板和表面活性剂，无任何精确的基底活化作用。而且水溶液化学法因为只有水被用来作为溶媒，该方法是完全可再生的，安全的和对环境无害的，从而完全避免了有机溶媒和他们的蒸发所潜在的毒性可 能引起的安全危害。综上分析水溶液化学法(ACG)具有三大明显的优点:1)不需高温高压的复杂设备，成本低廉；2)成膜质量高适于大面积成膜；3)安全性高，可操作性强，无污染。近年来，也有一些有关用水溶液法制备ZnO纳米墙的相关报道。Huihui Huang等[15]以Al箔为基底，在0.05 M的Zn(NO3)2.6H20和0.05 M的C6H12N4的混合生长液，于水热反应釜中90°C下生长出了 ZnO纳米墙，研究结果发现随着生长时间的延长，多层具有褶皱的纳米墙堆砌到一起，形成平均厚度为29nm的ZnO纳米墙网络，其晶体结构为多晶。Dae-Hee Kimtl6]等未使用任何衬底，利用10 mM Zn (COOH)2在90°C下溶解于丙酮溶液5分钟获得种子层，然后在25 mM [Zn(NO3)2JH2O]和25 mM [C6H12N4] (HMT)的混合生长液中于40°C下生长出了 ZnO纳米墙，该方法获得的ZnO纳米墙的厚度小于60nm，但是该方法生长的ZnO纳米墙呈倒伏状，未实现择优定向生长，光致发光性能测试结果也表明所制备的ZnO纳米墙含有大量的缺陷。M.Kashift17]等在塑料衬底上首先热蒸镀了厚度分别为20nm和50nm的Ti薄膜和Au薄膜，然后在Au薄膜上又蒸镀一层厚为IOnm的Al薄膜，最后以Zn (COOH) 2和乙醇为种子液，以[Zn(NO3)2.6H20]和[C6H12N4] (HMT)的混合液为生长液制备了 ZnO纳米墙，而蒸镀Al薄膜需要昂贵的设备。Zhiqiang Liang[18]等首先用旋涂法在ITO玻璃上涂上一层由溶胶凝胶法制备的Zn(COOH)2涂层，然后将涂有Zn(COOH)2涂层的ITO玻璃浸入到由0.lM(Zn(N03)2.6H20)和0.1M(C6H12N4，HMT)组成的混合生长液中在75 °C下水浴生长3h，用CH3COOH来调节其pH值为6.4。用去离子水冲洗后，将其浸入到0.3M的KOH溶液中在80°C水浴生长20min，最后在350°C下退火处理Ih制备ZnO纳米墙，但是经KOH溶液刻蚀的ZnO纳米墙结晶度较差。从以上文献报道可以看出，水溶液法基本分为种子层生长和生长液生长两步，其中Al在ZnO纳米墙的生长过程中起着关键作用。要么以Al为基底，要么在ITO玻璃上蒸镀厚度为纳米级的Al薄膜。如果在水溶液法制备过程中没有Al元素的加入，所制备的ZnO纳米墙就含有较多的缺陷，无法实现定向生长。ZnO的气敏机理属于表面电阻控制型。它主要是靠表面电导率变化的信息来检验被接触气体分子。对于ZnO这种N型半导体气敏元件来说，在工作温度下由于气体的化学吸附，在元件表面形成了表面损耗层，使得ZnO能带在接近表面处发生弯曲，弯曲的大小取决于主要的载流子密度变化。相对于非定向生长的多晶ZnO纳米墙，定向生长的单晶ZnO纳米墙具有较少的缺陷、晶界和杂质，对于载流子传输可提供更有效的传输通道，以提高电导率。使其显示出更优异的气敏特性。因此，制备定向生长的单晶ZnO纳米墙对于高性能的气敏传感器显得尤为重要。[I] Chul-Ho Lee, Yong-Jin Kim, Joohyung Lee, Young Joon Hong, Scalablenetwork electrical devices using ZnO nanowalls, Nanotechnology 2011， 22:055205-055211.[2]j.y.Lao, j.y.Huang, d.z.wang, ZnO nanowalls, App1.Phys.A 78，539 - 542(2004)[3]Sang-Woo Kim,Catalyst-free synthesis of ZnO nanowall networks on Si3N4/Si substrates by metalorganic chemical vapor deposition, APPLIED PHYSICSLETTERS，2006， 88， 253114 2006[4]C.C.Wu D.S.Wuu P.R.Lin T.N.Chen R.H.Horng, Effects of GrowthConditions on Structural Properties of ZnO Nanostructures on Sapphire Substrateby Metal - Organic Chemical Vapor Deposition。Nanoscale Res Lett (2009) 4:377 -384。[5] Ju HoLee ， DongChanKim ， SangYunKim, Microstructuralcharacterization and formation mechanism of 211 top facets ofZnO-basednanowalIstructures, Physica B 412 (2013) 12 - 16[6]Chun Li， Guojia Fang，， Qiang Fu， Effect of substrate temperatureon the growth and photoluminescence properties of vertically aligned ZnOnanostructures，Journal of Crystal Growth 292 (2006) 19 - 25[7]DPradhan， M Kumar, Y Ando and K T Leung, Efficient field emission fromvertically grown planar ZnO nanowalls on an ITO - glass substrate,Nanotechnology2008,19， 035603[8]Debabrata Pradhan, Susanta K本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种定向生长单晶ZnO纳米墙的水溶液制备方法，其特征在于：包括下述步骤：a.?ZnO种子层制备：将摩尔比为1:1的Zn(CH3COO)2·2H2O?和Al(NO3)3.9H2O与体积比为1:1的乙二醇甲醚和乙醇组成的混合溶剂在室温条件下混合，使Zn2+浓度为0.05?0.5mol/L，放在水浴锅中，用磁力搅拌器在60?80℃下加热搅拌，然后，将稳定剂乙醇胺逐滴加入到上述溶液中，直至溶液完全澄清，继续搅拌1?2h，得均匀稳定的胶体；将依次经过丙酮、乙醇溶液和去离子水超声清洗，烘干后的ITO导电玻璃基板竖直浸入溶胶中，静止15?30s；垂直取出后在100℃下干燥5?10min；反复提拉干燥4?6次以使薄膜均匀并达到理想厚度；将薄膜在400?500℃下热处理30?90min，制备得到含有种子层的玻璃基底备用；b.?ZnO纳米墙生长将Zn(NO3)26H2O与(CH3)6N4按摩尔比为1:1配制成0.025?0.05mol/L的溶液，60?90℃加热搅拌0.5?1h，将溶液倒入水热反应釜的聚四氟乙烯内胆中，并将含有种子层的玻璃基底垂直插入，80?100℃恒温生长1?6h；取出后用去离子水冲洗并干燥，最后放入箱式电炉中在500?550℃下热处理0.5?1.5?h；取出后，用去离子水冲洗、干燥，在ITO导电玻璃上得到一层白色薄膜。...
【技术特征摘要】
1.一种定向生长单晶ZnO纳米墙的水溶液制备方法，其特征在于: 包括下述步骤: a.ZnO种子层制备: 将摩尔比为1:1的Zn (CH3COO) 2 ? 2H20和Al (NO3) 3.9H20与体积比为1:1的乙二醇甲醚和乙醇组成的混合溶剂在室温条件下混合，使Zn2+浓度为0.05-0.5mol/L，放在水浴锅中，用磁力搅拌器在60-80°C下加热搅拌，然后，将稳定剂乙醇胺逐滴加入到上述溶液中，直至溶液完全澄清，继续搅拌l_2h，得均匀稳定的胶体；将依次经过丙酮、乙醇溶液和去离子水超声清洗，烘干后的ITO导电玻璃基板竖直浸入溶胶中，静止15-30s ;垂直取出后在100°C下干燥5-10...
【专利技术属性】
技术研发人员：于灵敏，范新会，韦建松，罗宇阳，陶彦龙，雷曼，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：
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