CN105336500A一种ZnO纳米棒薄膜原位改性处理方法及其获得的改性薄膜

1、 最新资料推荐CN105336500A 一种ZnO纳米棒薄膜原位改性处 理方法及其获得的改性薄膜(10) 申请公布号(43)申请公布日(21)申请号 202210672461.8(22)申请日 2022.10.16H01G 9/20 (2022.01)H01G 9/042 (2022.01)B82Y 30/00 (2022.01)B82Y 40/00 (2022.01)(71)申请人 景德镇陶瓷学院地址 333001江西省景德镇 市珠山区陶阳南路景德镇陶瓷学院(72)创造人 孙健 王艳香 黄丽 群范学运杨志胜陈凌燕(74)专利代理机构广州广信知识产权代 理44261代理人 李玉峰(54)创造名

2、称一种ZnO纳米棒薄 膜原位改性处理方法及其获得的改性薄膜 (57)摘要本创造公开了一 种ZnO纳米棒薄膜原位改性处理方法,首先将二水乙酸锌溶解于甲 醇溶液中,并将溶液搅拌均匀,得到二水乙酸锌甲醇溶液；然后将预先制备的ZnO纳米棒薄膜放入二水乙酸锌甲醇溶液中,在密封情 况下进行恒温反响,反响温度60 C；反响结束后进行清洗、枯燥、煨烧,即得到原位改性的ZnO米棒薄膜.此外,还公开了利用上述改性处理方法获得的改性ZnO纳米棒薄膜.本创造通过对ZnO米棒薄膜进行外表改性,增加了比外表积、 同时改善了薄膜的光电等性能,从而有效提升了其适用性,扩大了其 应用范围.而且,制备工艺简单、合成温度低、本钱低

3、、ZnO纳米棒结构不1 / 13 易被破坏,具有良好的可控性和重复性.(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)创造专利申请权利要求书1页 说明书5页 附图1页CN 105336500A2022.02.17CN 105336500 A 1/1 页 21.一种 ZnO 纳米棒薄膜原位改性处理方法,其特征在于包括以下步骤：1 1)将二水乙酸锌溶解于甲醇溶液中,并将溶液搅拌均匀,得到二水乙酸锌甲醇溶液；(2)将预先制备的ZnO纳米棒薄膜放入所述 二水乙酸锌甲醇溶液中,在密封情况下进行恒温反响,反响温度60C；反响结束后进行清洗、枯燥、煨烧,即得到原位改性的ZnO纳 米棒薄膜.

4、2 .根据权利要求1所述的ZnO纳米棒薄膜原位改性处理方法, 其特征在于：所述步骤(1)二水乙酸锌在甲醇溶液中的浓度为0.05 0.25M.3 .根据权利要求1所述的ZnO纳米棒薄膜原位改性处理方法, 其特征在于：所述步骤(2)预先制备的ZnO纳米棒薄膜以竖直的形式放入二 水乙酸锌甲醇溶液中.4 .根据权利要求1所述的ZnO纳米棒薄膜原位改性处理方法, 其特征在于：所述步骤(2)中反响温度为2560C,反响时间为10 96h.最新资料推荐5 .根据权利要求1所述的ZnO纳米棒薄膜原位改性处理方法, 其特征在于：所述步骤2中枯燥温度为60100Co6 .根据权利要求1所述的ZnO纳米棒薄膜原位改

5、性处理方法, 其特征在于：所述步骤2中煨烧温度为250350C o7 .根据权利要求1所述的ZnO纳米棒薄膜原位改性处理方法, 其特征在于：所述步骤2中预先制备的ZnO纳米棒薄膜,具制备方法如 下：aZnO 种子层的制备将二水乙酸锌、以及单乙醇胺或二乙醇胺 溶解在乙二醇甲醍溶液中制备得到 ZnO溶胶；采用渍浸法,将导电 基底垂直浸入到所述ZnO溶胶中,使得导电基底外表涂覆有 ZnO溶 胶；然后将涂有ZnO溶胶的导电基底烘干、煨烧,即得到附着于导 电基底外表的ZnO种子层；b生长液的配制将聚乙烯亚胺、 六水 硝酸锌和六次甲基四胺溶解于去离子水中作为生长液,然后置于水热反响釜中、并在烘箱中进行预热

6、；cZnO纳米棒的生长将所述附着 有ZnO种子层的导电基底放入所述预热后的生长液中,并置于烘箱 中进行生长反响；反响结束后取出,用去离水冲洗、枯燥 ；d重 复所述步骤b、c二次,然后进行煨烧,即制得预先制备的 ZnO 纳米棒薄膜.3 / 138 .根据权利要求7所述的ZnO纳米棒薄膜原位改性处理方法,其特征在于：所述步骤(a)中二水乙酸锌、以及单乙醇胺或二乙醇胺在乙二醇甲醛溶液中的浓度分别为0.200.60M ;所述步骤(b)中聚乙烯 亚胺在生长液中的浓度为 0.0050.007M ,六水硝酸锌在生长液中 的浓度为0.010.06M ,六次甲基四胺在生长液中的浓度为0.010.06M,生长液的

7、预热温度为6095C,预热时间为16h ;所述步骤(c)中生长反响的温度为 6090C,反响时间为 24 48h.9 .利用权利要求1-8之一所述改性处理方法获得的改性ZnO纳米棒薄膜.10 .根据权利要求9所述的改性ZnO纳米棒薄膜,具特征在于：所述改性ZnO纳米棒薄膜具有由ZnO纳米棒和ZnO纳米粒组成的多级结构,其中原位改性所生成的ZnO纳米粒直径为2025nmi附着于ZnO纳米棒的外表.权利要求书CN105336500A21/5 页3一种ZnO纳米棒薄膜原位改性处理方法及其获得的改性薄膜技术领域0001本创造涉及纳米薄膜技术领域,尤其涉及一种ZnO纳米棒薄膜改性处理方法及其获得的改性薄

8、膜.背景技术0002氧化锌(ZnO)是一种宽禁带直接带隙H - VI族的具有纤锌矿结构的半导体功能材料,室温下禁带宽度为3.37eV ,激最新资料推荐子束缚能高达60meV,并具有良好的化学稳定性及优良的抗氧化和耐 高温性能,是一种重要的半导体材料.高度取向排列的一维的ZnO纳米棒薄膜,具有独特的电学和光 学性能,在多种电子和光子的纳米器件如太阳能电池、紫外探测器、 发光二极管、激光二级管、传感器等技术领域中获得了广泛的研究和 应用.但是,ZnO纳米棒薄膜比外表积比拟小,从而限制了其应用.例如,在染料敏化太阳能电池 (Dye Sensitized Solar Cell , 简称DSSC方面,虽

9、然ZnO米棒垂直导电衬底,有利于光生电子的 传输,但是由于ZnO纳米棒薄膜的比外表积较小,因此吸附的染料 少,这样导致光生电子数少而限制了其效率的提升；止匕外,在光催化领域方面,由于ZnO纳米棒薄膜较小的比外表积,使得其催化性 能减弱,从而限制了其适用性.创造内容0003本创造的目的在于克服现有技术的缺乏,提供 一种ZnO纳米棒薄膜原位改性处理方法,通过对ZnO纳米棒薄膜进 行外表改性,从而增加比外表积、同时改善薄膜的光电等性能.本创造的另一目的在于提供利用上述方法获得的改性薄膜.0004本创造的目的通过以下技术方案予以实现：0005本创造提供的一种ZnO纳米棒薄膜原位改性处理方法,包括以下步

10、骤：0006 (1)将二水乙酸锌溶解于甲醇溶液中,并将溶液搅拌均5 / 13匀,得到二水乙酸锌甲醇溶液；0007 (2)将预先制备的ZnO纳米棒薄膜放入所述二水乙酸锌甲醇溶液中, 在密封情况下进行恒温反 应,反响温度60 C ；反响结束后进行清洗、枯燥、煨烧,即得到原 位改性的ZnO纳米棒薄膜.0008上述方案中,本创造所述步骤(1)二水乙酸锌在甲醇溶液中的浓度为0.05 0.25M.0009进一步地,本创造所述步骤 (2)ZnO纳米棒薄膜以竖直的形式放入二水乙酸锌甲醇溶液中.0010进一步地,本创造所述步骤 (2)中反响温度为2560C,反响时间为1096h.0011进一步地,本创造所述步骤

11、 (2)中枯燥温度为60100c ;煨烧温度为250350C.0012 本创造通过对ZnO纳米棒薄膜进行原位改性,在 ZnO 纳米棒外表原位生成 ZnO纳说 明 书 CN 105336500 A3 2/5页4米粒,增加了比外表积、并改善了薄膜的光电等性能,从而 有效提升了其适用性,扩大了其应用范围.在染料敏化太阳能电池的应用中,可预先在导电基底上制备出 ZnO纳米棒薄膜,然后使用本创造对其进行原位改性,预先制备的 ZnO纳米棒薄膜,具制备方法可采取如下具体举措 ：0013 (a)ZnO 种子层的制备0014将二水乙酸锌、以及单乙醇胺或二乙醇胺溶解在乙二醇甲醍溶液中制备得到ZnO溶胶；采用渍浸法

12、,将导电基底垂直浸入到所述 ZnO溶胶中,使得导电基底表最新资料推荐面涂覆有ZnO溶胶；然后将涂有ZnO溶胶的导电基底烘干、煨烧, 即得到附着于导电基底外表的 ZnO种子层；0015 (b)生长液的配制0016将聚乙烯亚胺、六水硝酸锌和六次甲基四胺溶解于去离 子水中作为生长液,然后置于水热反响釜中、并在烘箱中进行预热； 0017 (c)ZnO 纳米棒白生长0018将所述附着有ZnO种子层的 导电基底放入所述预热后的生长液中,并置于烘箱中进行生长反响；反响结束后取出,用去离水冲洗、枯燥 ；0019 (d)重复所述步骤 (b)、(c)二次,然后进行煨烧,即制得预先制备的ZnO纳米棒薄膜.0020上

13、述方案中,本创造所述步骤(a)中二水乙酸锌、以及单乙醇胺或二乙醇胺在乙二醇甲醍溶液中的浓度分别为0.200.60M ;所述步骤(b)中聚乙烯亚胺在生长液中的浓度为 0.005 0.007M,六水硝酸锌在生长液中的浓度为 0.010.06M,六次甲基 四胺在生长液中的浓度为0.010.06M ,生长液的预热温度为6095C,预热时间为16h ;所述步骤(c)中生长反响的温 度为6090C,反响时间为2448h.0021本创造的另一目的通过以下技术方案予以实现：0022 利用上述改性处理方法获得的改性 ZnO纳米棒薄膜,具 有由ZnO纳米棒和ZnO纳米粒组成的多级结构,其中原位改性所生 成的ZnO

14、纳米粒直径为2025nm、附着于ZnO纳米棒的外表.0023本创造具有以下有益效果 ：0024 (1)本创造以二水乙酸锌的甲醇溶液为反响液,采用低7 / 13 温化学浴沉积法对ZnO纳米棒薄膜进行原位改性,在ZnO纳米棒表 面原位生成ZnO纳米粒,增加了比外表积、并改善了薄膜的光电等 性能,从而有效提升了其适用性,扩大了其应用范围.00252本创造制备工艺简单、合成温度低、 本钱低、且ZnO纳米棒结构不易被破坏,而且反响条件温和,可控性和重复性强.附图说明0026下面将结合实施例和附图对本创造作进一步的详细描述：0027 图1是本创造实施例一改性处理制得的 ZnO纳米棒薄膜 的场发射扫描电镜断

15、面照片a :低倍,b :高倍；0028图2是本创造实施例二改性处理制得的 ZnO纳米棒薄膜的场发射扫描电镜断面照片 a :低倍,b :高倍；说 明 书 CN 105336500 A4 3/5 页 50029图3是未改性ZnO纳米棒薄膜的场发射扫描电镜断面照片 a :低倍,b :高倍.具体实施方式0030本创造实施例应用于染料敏化太阳能电池,以掺氟的氧化锡导电玻璃FTO作为导电基底,首先采用如下 方法在导电基底上预先制备出 ZnO纳米棒薄膜未改性,然后通 过以下实施例对其进行原位改性处理.0031上述未改性ZnO纳米棒薄膜的制备方法如下最新资料推荐0032 (a)ZnO种子层的制备0033将50

16、ml乙二醇甲醍溶液置于磁力搅拌器上搅拌,并在搅拌的情况下参加3.29g二水乙酸锌和1.44ml二乙醇胺(二水乙酸锌和二乙醇胺在乙二醇甲醍溶液中 的浓度均为0.3M),在25c温度下搅拌10h,即制得透明的ZnO溶胶； 将清洗干净的导电基底垂直浸入到上述ZnO溶胶中,4s后取出,经100c枯燥后,于500c温度下煨烧,升温速率为8C/min,保温时间 30min ;重复上述浸渍和烧成二次即得到附着于导电基底外表的ZnO种子层；0034 (b) 生长液的配制0035将1.727g聚乙烯亚胺 (PEI)溶解于60ml的去离子水中,把溶液搅拌均匀,然后再向溶液 中参加0.89g六水硝酸锌和0.50g六

17、次甲基四胺,溶液搅拌均匀后 将溶液置于水热反响釜中、并在烘箱中预热,预热温度为95C,预热时间为2.5h ; 0036 (c)ZnO 纳米棒白生长0037将上述附着 有ZnO种子层的导电基底放入盛有预热后的生长液的水热反响釜 中,并置于温度可控烘箱中进行生长反响,反响温度为90C,反响时间为24小时；反响结束后取出,用去离水冲洗,在100c温度下枯燥；0038 (d)重复步骤(b)、(c)二次,然后进行煨烧,煨 烧温度为450C,升温速率为 8c /min,保温时间为30min ,即制 得预先制备的ZnO纳米棒薄膜.0039实施例一：0040本实施例一种ZnO纳米棒薄膜原位改性处理方法,其步骤

18、如下：9 / 130041 (1) 量取40ml甲醇溶液置于称量瓶中,称取 1.32g二 水乙酸锌(二水乙酸锌在甲醇溶液中的浓度为 0.15M),在磁力搅拌 的情况下将二水乙酸锌参加上述称量瓶,使之全部溶解于甲醇溶液 中,将溶液搅拌均匀,得到二水乙酸锌甲醇溶液；0042 (2)将上述预先制备的ZnO纳米棒薄膜竖直放入上述盛有二水乙酸锌甲醇溶 液的称量瓶中,将称量瓶盖上盖子后置于已加热到60C的烘箱中,并在此温度下恒温反响10h ;反响结束后,用去离子水清洗、在100c温度下枯燥,然后在350c温度下煨烧,升温速率为8c /min , 保温时间为30min ,即得到原位改性的ZnO纳米棒薄膜.0

19、043实施例二：0044本实施例一种ZnO纳米棒薄膜原位改性处理方法,其步骤如下：0045 (1) 量取40ml甲醇溶液置于称量瓶中,称取 1.32g二 水乙酸锌(二水乙酸锌在甲醇溶液中的浓度为 0.15M),在磁力搅拌 的情况下将二水乙酸锌参加上述称量瓶,使之全部溶解于甲醇溶液 中,将溶液搅拌均匀,得到二水乙酸锌甲醇溶液；0046 (2)将上述预先制备的ZnO纳米棒薄膜竖直放入上述盛有二水乙酸锌甲醇溶 液的称量瓶中,将称量瓶盖上盖子后置于已加热到60C的烘箱中,并在此温度下恒温反响24h ;说 明 书CN 105336500 A5 4/5页6反响结束后,用去离子水清洗、在100c温度下枯燥,

20、然后在350c温度下煨烧,升温速率为8c /min,保温时间为30min ,即得到原位改性的ZnO纳米棒薄膜. 最新资料推荐0047实施例三：0048本实施例一种ZnO纳米棒薄膜原位改性处理方法,其步骤如下：0049 (1) 量取40ml甲醇溶液置于称量瓶中,称取 0.44g二 水乙酸锌(二水乙酸锌在甲醇溶液中的浓度为 0.05M),在磁力搅拌 的情况下将二水乙酸锌参加上述称量瓶,使之全部溶解于甲醇溶液 中,将溶液搅拌均匀,得到二水乙酸锌甲醇溶液；0050 (2)将上述预先制备的ZnO纳米棒薄膜竖直放入上述盛有二水乙酸锌甲醇溶 液的称量瓶中,将称量瓶盖上盖子后置于已加热到60C的烘箱中,并在此

21、温度下恒温反响 48h ;反响结束后,用去离子水清洗、在 100c温度下枯燥,然后在300c温度下煨烧,升温速率为8c /min , 保温时间为30min ,即得到原位改性的ZnO纳米棒薄膜.0051实施例四：0052本实施例一种ZnO纳米棒薄膜原位改性处理方法,其步骤如下：0053 (1) 量取40ml甲醇溶液置于称量瓶中,称取 1.32g二 水乙酸锌(二水乙酸锌在甲醇溶液中的浓度为 0.15M),在磁力搅拌 的情况下将二水乙酸锌参加上述称量瓶,使之全部溶解于甲醇溶液 中,将溶液搅拌均匀,得到二水乙酸锌甲醇溶液；0054 (2)将上述预先制备的ZnO纳米棒薄膜竖直放入上述盛有二水乙酸锌甲醇溶 液的称量瓶中,将称量瓶盖上盖子后置于已加热到45C的烘箱中,11 / 13并在此温度下恒温反响 24h ;反响结束后,用去离子水清洗、在 100c温度下枯燥,然后在350c温度下煨烧,升温速率为8c /min , 保温时间为