一種貴金屬納米顆粒表面修飾的氧化鋅納米線陣列的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于光電元件的貴金屬納米顆粒表面修飾的氧化鋅納米線陣列的制備方法,運用該方法制備的光電元件可應用于化學和氣體傳感器,具有反應靈敏度高和響應時間短的特點。
【專利說明】
一種貴金屬納米顆粒表面修飾的氧化鋅納米線陣列的制備方法
技術領域
[0001 ]本發明屬于材料領域，具體涉及一種用于光電元件的貴金屬納米顆粒表面修飾的氧化鋅納米線陣列的制備方法。
【背景技術】
[0002]1962年Seiyama等人發現氧化鋅的電導率可以隨著空氣中的一些氣體發生改變，從此關于氧化物半導體氣體傳感器的報道大量涌現。氣體傳感器能夠感受某種氣體信號，并能通過電信號或其他信號顯示出來。隨著社會對健康環境的關注越來越多和工業生產的發展需求，對各種有害氣體、可燃氣體和氧氣的檢測變得越來越重要，同時氣體傳感器也是物聯網的重要組成部分，傳感技術的相對緩慢發展已經阻礙了物聯網的發展，所以對氣體傳感器的研究受到各國科學家的重視。
[0003]氣體傳感器早已滲透到人們日常生活和工業生產的各個領域:用來檢測裝修涂料的甲醛傳感器，警察對司機用的酒精檢測儀，蔬菜大棚內的二氧化碳檢測儀，汽車尾氣檢測的氧傳感器等都是氣體傳感器。氣體傳感器依傳感原理來分包括:半導體式、熱導式、電化學式、催化燃燒式、紅外線式等。因半導體金屬氧化物有尺寸小、成本低、和集成電路兼容性高等優點，尤其是集成電路的快速發展，更使得半導體傳感器成為主要研究對象。近年來納米技術的快速發展，也推動了金屬氧化物半導體材料的發展，金屬氧化物納米材料具有比表面積大、形貌可控、響應快、壽命長等優點，適合用在化學和氣體傳感器上。
[0004]在金屬氧化物中氧化鋅和氧化錫是研究最多的材料，氧化鋅納米結構制備簡單、形貌多樣、材料無毒、成本低，而且具有優良的壓敏性、光電性和氣敏特性，呈味目前研究的主要材料。貴金屬修飾是比較實用的改善氣敏的方法，因為貴金屬修飾后能促進半導體表面和氣體的反應，往往表現出很高的靈敏度和較好的選擇性，或者加快響應降低工作溫度。
【發明內容】
[0005 ]本發明公開了一種貴金屬納米顆粒表面修飾的氧化鋅(ZnO)納米線陣列的制備方法，該方法包括如下步驟:(I)在硅或柔性襯底上淀積一定厚度的金屬鋁膜；(2)對金屬鋁進行兩次陽極氧化，得到陽極氧化鋁(AAO)模板；(3)在模板的納米孔隙中用原子層淀積(ALD)方法進行氧化鋅(ZnO)的完全填充；(4)通過反應離子束刻蝕或離子束濺射的方法，去除孔洞上表面多余的ZnO;(5)將樣品置于NaOH溶液中，選擇性地去除AAO模板，得到ZnO的納米線陣列結構；(6)在ZnO納米線陣列表面ALD生長貴金屬(如Pt、Ru、Pd)等納米顆粒，得到貴金屬納米顆粒表面修飾的ZnO納米線陣列。
【附圖說明】
[0006]圖1電鏡下貴金屬納米顆粒表面修飾后的ZnO納米線陣列結構
[0007]圖2貴金屬納米顆粒表面修飾后的ZnO納米線陣列與純ZnO的氣體傳感對比
【具體實施方式】
[0008]實施例1
[0009]采用以下步驟制備了貴金屬Au納米顆粒表面修飾的ZnO納米線陣列。
[0010](I)在硅襯底上淀積一定厚度的金屬鋁膜；(2)對金屬鋁進行兩次陽極氧化，得到陽極氧化鋁(AAO)模板；(3)在模板的納米孔隙中用原子層淀積(ALD)方法進行氧化鋅(ZnO)的完全填充；(4)通過反應離子束刻蝕的方法，去除孔洞上表面多余的ZnO; (5)將樣品置于NaOH溶液中，選擇性地去除AAO模板，得到ZnO的納米線陣列結構；(6)在ZnO納米線陣列表面ALD生長貴金屬Au納米顆粒，得到貴金屬納米顆粒表面修飾的ZnO納米線陣列。電鏡下結構圖見圖1，氧化鋅納米棒側面和頂面均修飾有金離子。
[0011]實施例2
[0012]以空氣中氧氣濃度21%為測量基線，根據電阻隨溫度的變化，工作溫度選取了100-200°C，觀察普通氧化鋅納米線陣列傳感器的敏感性，和用貴金屬Au納米顆粒修飾后的比較。結果見圖2，經過修飾后的傳感器敏感度明顯提高。
[0013]實施例3
[0014]在最佳工作溫度180°C時，觀察純氧化鋅響應時間，大約為150s，采用重金屬Au修飾后，響應時間縮短為100s，可見由于比表面積的增大，傳感靈敏度顯著提高了。
[0015]實施例4
[0016]采用以下步驟制備了貴金屬Au納米顆粒表面修飾的ZnO納米線陣列。
[0017](I)在柔性襯底上淀積一定厚度的金屬鋁膜；(2)對金屬鋁進行兩次陽極氧化，得到陽極氧化鋁(AAO)模板；(3)在模板的納米孔隙中用原子層淀積(ALD)方法進行氧化鋅(ZnO)的完全填充；(4)通過反應離子束濺射的方法，去除孔洞上表面多余的ZnO; (5)將樣品置于NaOH溶液中，選擇性地去除AAO模板，得到ZnO的納米線陣列結構；(6)在ZnO納米線陣列表面ALD生長貴金屬Ru納米顆粒，得到貴金屬Ru納米顆粒表面修飾的ZnO納米線陣列。
[0018]實施例5
[0019]采用以下步驟制備了貴金屬Au納米顆粒表面修飾的ZnO納米線陣列。
[0020](I)在硅或柔性襯底上淀積一定厚度的金屬鋁膜；(2)對金屬鋁進行兩次陽極氧化，得到陽極氧化鋁(AAO)模板；(3)在模板的納米孔隙中用原子層淀積(ALD)方法進行氧化鋅(ZnO)的完全填充；(4)通過反應離子束刻蝕的方法，去除孔洞上表面多余的ZnO; (5)將樣品置于NaOH溶液中，選擇性地去除AAO模板，得到ZnO的納米線陣列結構；(6)在ZnO納米線陣列表面ALD生長貴金屬Pd納米顆粒，得到貴金屬Pd納米顆粒表面修飾的ZnO納米線陣列。[0021 ] 實施例6
[0022]采用以下步驟制備了貴金屬Au納米顆粒表面修飾的ZnO納米線陣列。
[0023](I)(I)在硅或柔性襯底上淀積一定厚度的金屬鋁膜；(2)對金屬鋁進行兩次陽極氧化，得到陽極氧化鋁(AAO)模板；(3)在模板的納米孔隙中用原子層淀積(ALD)方法進行氧化鋅(ZnO)的完全填充；(4)通過反應離子束刻蝕的方法，去除孔洞上表面多余的ZnO; (5)將樣品置于NaOH溶液中，選擇性地去除AAO模板，得到ZnO的納米線陣列結構；(6)在ZnO納米線陣列表面ALD生長貴金屬Pt納米顆粒，得到貴金屬Pt納米顆粒表面修飾的ZnO納米線陣列。
【主權項】
1.一種貴金屬納米顆粒表面修飾的氧化鋅納米線陣列的制備方法，該方法包括如下步驟:(I)在襯底上淀積一定厚度的金屬鋁膜；(2)對金屬鋁進行陽極氧化，得到陽極氧化鋁模板；(3)在模板的納米孔隙中用氧化鋅完全填充；(4)去除孔洞上表面多余的氧化鋅；(5)將樣品置于NaOH溶液中，選擇性地去除陽極氧化鋁板，得到ZnO的納米線陣列結構；(6)在ZnO納米線陣列表面ALD生長貴金屬納米顆粒，得到貴金屬納米顆粒表面修飾的ZnO納米線陣列。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(I)中所述襯底指的是硅或柔性襯底。3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中對金屬鋁進行陽極氧化的次數為兩次。4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中用氧化鋅填充納米孔隙的方法為原子層淀積法。5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)中去除孔洞上表面多余氧化鋅的方法為離子束刻蝕或離子束濺射法。6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(6)中生長貴金屬納米顆粒，可選用Pd、Pt、Au、Ag、Ru 中的任一種。7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法可用于化學和氣體傳感器元件的生產。8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法可提高光電元件的反應比表面積，提高反應靈敏度，縮短響應時間。
【文檔編號】G01N27/12GK106006548SQ201610303659
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月10日
【發明人】曹季, 其他發明人請求不公開姓名
【申請人】蘇州復納電子科技有限公司