一種在柔性塑料襯底上電沉積制備ZnO納米片薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功能納米材料的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用電化學(xué)沉積在柔性塑料襯底上制備ZnO納米片薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]柔性電子學(xué)(Flexible electronics)是一種把電子器件安裝在柔性襯底上組成柔性電子器件的新型技術(shù)，基于柔性襯底的柔性電子器件受到了全球范圍內(nèi)越來越廣泛的關(guān)注，是目前電子學(xué)中最熱門的研究方向之一，其在柔性顯示、柔性傳感器、柔性電池、柔性發(fā)光器件、電子皮膚、射頻識別技術(shù)、薄膜太陽能電池、可穿戴設(shè)備等諸多領(lǐng)域都顯示出廣闊的應(yīng)用前景。常見的柔性襯底有塑料、紙片、紡織材料等。其中，塑料擁有諸多優(yōu)點(diǎn)和獨(dú)特的性質(zhì)，包括生物相容性、柔軟、透明、質(zhì)量輕、耐震等。然而，也有其局限的一面，大部分的塑料在200?300 °C之間就會產(chǎn)生畸變甚至融化，這對于納米材料直接生長在塑料襯底的制備技術(shù)產(chǎn)生了嚴(yán)格的限制。
[0003]常規(guī)的“三維”電沉積方法要求襯底必須是導(dǎo)電的，因此沉積物不能直接沉積在絕緣的塑料襯底上。在準(zhǔn)二維電沉積系統(tǒng)中，電極和襯底是分開的，沉積物能夠直接沉積在絕緣的襯底上。在以前的報道中，通過準(zhǔn)二維電沉積方法制備的各種各樣的納米結(jié)構(gòu)材料都是在剛性襯底上(玻璃片或硅片)，這嚴(yán)重限制了材料的應(yīng)用范圍。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服【背景技術(shù)】存在的不足，提供一種利用準(zhǔn)二維電沉積在絕緣的柔性塑料襯底上制備ZnO納米片薄膜的方法。
[0005]具體的技術(shù)方案如下:
[0006]—種在柔性塑料襯底上電沉積制備ZnO納米片薄膜的方法，有以下步驟:
[0007]首先把硅片放置于生長室中的熱電制冷器上，生長室與循環(huán)水浴連接，循環(huán)水浴用于控制生長室溫度，在硅片上平行放置兩個厚度為30μπι的電極，電極間距為lcm，在電極之間滴加含有Zn (NO3) 2的電解液，Zn (NO3) 2濃度為0.0I?0.05mo 1/L，蓋上柔性塑料襯底，調(diào)節(jié)循環(huán)水浴，控制生長室內(nèi)溫度為-1.5?-2.4°C;熱電制冷器兩端加+3V電壓，使朝向硅片的面制冷；當(dāng)硅片與柔性塑料襯底之間形成一個冰層時，把熱電制冷器兩端的電壓改為-
0.3V，使冰層逐漸融化，通過顯微鏡觀察，當(dāng)冰層只剩下一個直徑為0.1mm的冰核時停止加電壓，冰核逐漸變大直至布滿兩電極之間后，靜置30分鐘，然后在兩電極間施加0.8?1.4V的直流恒定電壓，在柔性塑料襯底上開始生長ZnO納米片，通過顯微鏡觀察，待停止生長后，取出柔性塑料襯底，用去離子水清洗，晾干，得到生長了 ZnO納米片薄膜的柔性塑料襯底。
[0008]在本發(fā)明的一種在柔性塑料襯底上電沉積制備ZnO納米片薄膜的方法中，所述的Zn (NO3) 2 濃度優(yōu)選為 0.05mo I /L。
[0009]在本發(fā)明的一種在柔性塑料襯底上電沉積制備ZnO納米片薄膜的方法中，生長室內(nèi)溫度優(yōu)選控制在-2.(TC。
[0010]在本發(fā)明的一種在柔性塑料襯底上電沉積制備ZnO納米片薄膜的方法中，其特征在于，在柔性塑料襯底上開始生長ZnO納米片時，優(yōu)選在兩電極間施加0.8V的直流恒定電壓。
[0011]有益效果:
[0012]1、利用本發(fā)明方法可以直接在柔性的塑料襯底電沉積ZnO納米片薄膜，作為柔性電學(xué)材料。
[0013 ] 2、相比于生長在剛性襯底的納米材料，本發(fā)明中生長在柔性襯底的納米材料在柔性電子學(xué)、柔性光學(xué)、柔性傳感器等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。
【附圖說明】
:
[0014]圖1是本發(fā)明所述的硅片、電極和柔性塑料襯底的位置關(guān)系示意圖，圖中從下至上依次是硅片、兩個電極、柔性塑料襯底。
[0015]圖2是本發(fā)明實施例1中所用的柔性塑料襯底的光學(xué)照片。
[0016]圖3是實施例1制備的ZnO納米片薄膜的低倍SEM圖片。
[0017]圖4是實施例1制備的ZnO納米片薄膜的高倍SEM圖片。
[0018]圖5是實施例2制備的ZnO納米片薄膜的XRD圖譜。
[0019]圖6是實施例3制備的單個ZnO納米片的TEM圖像。
[0020]圖7是實施例1的光電響應(yīng)實驗中使用的不同曲率半徑(1.3cm、1.6cm、2.1cm)的玻璃瓶的光學(xué)圖片。
[0021]圖8是將實施例1制備的ZnO納米片薄膜貼附在曲率半徑為2.1cm的燒杯上的光學(xué)照片。
[0022]圖9是實施例1制備的ZnO納米片薄膜以不同曲率半徑(r= 1.3cm、1.6cm、2.1 cm)彎曲時的光電響應(yīng)圖譜。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0024]實施例1
[0025]I)在50mL去離子水中加入0.745g六水合硝酸鋅(Zn(NO3)2.6H20)，制成均勻電解液，硝酸鋅的濃度為0.05mol/L。
[0026]2)在溫度可控的生長室內(nèi)，將厚度為30μπι的兩鋅箔電極平行放在表面氧化的硅片上，兩電極間隔lcm，在電極間滴加配制的電解液，蓋上PET薄片，用濾紙吸干邊緣多余的電解液，所述的PET薄片，即柔性塑料襯底的光學(xué)照片如圖2所示。
[0027]3)將樣品放置在保溫室內(nèi)的熱電制冷器(TEC)上，熱電制冷器的型號為TECl-12705，當(dāng)兩端加正電壓時朝向硅片的面是制冷面，保溫室與循環(huán)水浴連接，將循環(huán)水浴的溫度設(shè)定為零下2.0°C，在TEC兩端施加+3V電壓對硅片制冷，使電解液結(jié)冰，冰層覆蓋在整個硅片上，把TEC兩端的電壓改為-0.3V，使冰層逐漸融化，通過顯微鏡觀察，當(dāng)冰層只剩下一個直徑為0.1mm的冰核時斷開TEC兩端的電壓，冰核逐漸變大直至布滿兩電極之間，靜置30分鐘。
[0028]4)在兩鋅箔電極上施加0.8V的恒定電壓。
[0029]5)以光學(xué)顯微鏡實時觀測樣品生長情況，待樣品不再生長，將樣品取出，用去離子水清洗、晾干。
[0030]本實施例所制備的ZnO納米片薄膜的低倍和高倍的SEM圖片如圖3和圖4所示，從圖中可以看出制備的材料是由大量的納米片互相交織組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。將本實施例制備的ZnO納米片薄膜貼在不同曲率的玻璃瓶上，在不同的曲率彎曲條件下進(jìn)行光響應(yīng)實驗，實驗結(jié)果如圖9所示，由圖9可以看出，本實施例制備的ZnO納米片薄膜分別以曲率半徑為1.3cm、
1.6cm、2.1 cm彎曲時，光響應(yīng)特性基本沒有改變。圖7所示的是所用的3種不同曲率的玻璃瓶，圖8所示的是將本實施例制備的ZnO納米片薄膜貼在曲率半徑為2.1cm的燒杯上的光學(xué)照片。
[0031]實施例2
[0032]I)在50mL去離子水中加入0.595g六水合硝酸鋅(Zn(NO3)2.6H20)，制成均勻電解液，硝酸鋅的濃度為0.04mo I /L。
[0033]2)在溫度可控的生長室內(nèi)，將厚度為30μπι的兩鋅箔電極平行放在表面氧化的硅片上，兩電極間隔lcm，在電極間滴加配制的電解液，蓋上PET薄片，用濾紙吸干邊緣多余的電解液。
[0034]3)將樣品放置在保溫室內(nèi)的熱電制冷器(TEC)上，熱電制冷器的型號為TECl-12705，當(dāng)兩端加正電壓時朝向硅片的面是制冷面，保溫室與循環(huán)水浴連接，將循環(huán)水浴的溫度設(shè)定為零下1.8°C，在TEC兩端施加+3V電壓對硅片制冷，使電解液結(jié)冰，冰層覆蓋在整個硅片上，把TEC兩端的電壓改為-0.3V，使冰層逐漸融化，通過顯微鏡觀察，當(dāng)冰層只剩下一個直徑為0.1mm的冰核時斷開TEC兩端的電壓，冰核逐漸變大直至布滿兩電極之間后靜置30分鐘。
[0035]4)在兩鋅箔電極上施加1.0V的恒定電壓。
[0036]5)以光學(xué)顯微鏡實時觀測樣品生長情況，待樣品停止生長，將樣品取出，用去離子水清洗、晾干。
[0037]所制備的ZnO納米片薄膜的XRD圖譜如圖5所示，從圖中可以看出各衍射峰位均與標(biāo)譜圖(JCPDS 36-1451)相符合，沒有其它雜質(zhì)的衍射峰存在，表明所得產(chǎn)物為純相的纖鋅礦結(jié)構(gòu)ZnO。
[0038]實施例3
[0039]I)在50mL去離子水中加入0.446g六水合硝酸鋅(Zn(NO3)2.6H20)，制成均勻電解液，硝酸鋅的濃度為0.03mol/L。
[0040]2)在溫度可控的生長室內(nèi)，將厚度為30μπι的兩鋅箔電極平行放在表面氧化的硅片上，兩電極間隔lcm，在電極間滴加配制的電解液，蓋上PET薄片，用濾紙吸干邊緣多余的電解液。
[0041 ] 3)將樣品放置在保溫室內(nèi)的熱電制冷器(TEC)上，熱電制冷器的型號為TECl-12705，當(dāng)兩端加正電壓時朝向硅片的面是制冷面，保溫室與循環(huán)水浴連接，將循環(huán)水浴的溫度設(shè)定為零下1.5°C，在TEC兩端施加+3V電壓對硅片制冷，使電解液結(jié)冰，冰層均勻覆蓋在硅片上，把TEC兩端的電壓改為-0.3V，使冰層逐漸融化，通過顯微鏡觀察，當(dāng)冰層只剩下一個直徑為0.1mm的冰核時斷開TEC兩端的電壓，冰核逐漸變大直至布滿兩電極之間后，靜置30分鐘。
[0042]4)在兩鋅箔電極上施加1.2V的恒定電壓。
[0043]5)以光學(xué)顯微鏡實時觀測樣品生長情況，待樣品停止生長，將樣品取出，用去離子水清洗、晾干。
[0044]所制備的ZnO納米片的TEM圖像如圖6所示，從圖可以看出，納米片表面存在大量的孔隙，這可以極大的增加納米片的比表面積。
[0045]實施例4
[0046]I)在50mL去離子水中加入0.298g六水合硝酸鋅(Zn(NO3)2.6H20)，制成均勻電解液，硝酸鋅的濃度為0.02mol/L。
[0047]2)在溫度可控的生長室內(nèi)，將厚度為30μπι的兩鋅箔電極平行放在表面氧化的硅片上，兩電極間隔lcm，在電極間滴加配制的電解液，蓋上PET薄片，用濾紙吸干邊緣多余的電解液。
[0048]3)將樣品放置在保溫室內(nèi)的熱電制冷器(TEC)上，熱電制冷器的型號為TECl-12705，當(dāng)兩端加正電壓時朝向硅片的面是制冷面，保溫室與循環(huán)水浴連接，將循環(huán)水浴的溫度設(shè)定為零下2.2°C，在TEC兩端施加+3V電壓對硅片制冷，使電解液結(jié)冰，冰層均勻覆蓋在硅片上，把TEC兩端的電壓改為-0.3V，使冰層逐漸融化，通過顯微鏡觀察，當(dāng)冰層只剩下一個直徑為0.1mm的冰核時斷開TEC兩端的電壓，冰核逐漸變大直至布滿兩電極之間后，靜置30分鐘。
[0049]4)在兩鋅箔電極上施加1.3V的恒定電壓。
[0050]5)以光學(xué)顯微鏡實時觀測樣品生長情況，待樣品不再生長，將樣品用去離子水清洗、晾干。
[0051 ] 實施例5
[0052]I)在50mL去離子水中加入0.149g六水合硝酸鋅(Zn(NO3)2.6H20)，制成均勻電解液，硝酸鋅的濃度為0.0 Imo I /L。
[0053]2)在溫度可控的生長室內(nèi)，將厚度為30μπι的兩鋅箔電極平行放在表面氧化的硅片上，兩電極間隔lcm，在電極間滴加配制的電解液，蓋上PET薄片，用濾紙吸干邊緣多余的電解液。
[0054]3)將樣品放置在保溫室內(nèi)的熱電制冷器(TEC)上，熱電制冷器的型號為TECl-12705，當(dāng)兩端加正電壓時朝向硅片的面是制冷面，保溫室與循環(huán)水浴連接，將循環(huán)水浴的溫度設(shè)定為零下2.4°C，在TEC兩端施加+3V電壓對硅片制冷，使電解液結(jié)冰，冰層均勻覆蓋在硅片上，把TEC兩端的電壓改為-0.3V，使冰層逐漸融化，通過顯微鏡觀察，當(dāng)冰層只剩下一個直徑為0.1mm的冰核時斷開TEC兩端的電壓，冰核逐漸變大直至布滿兩電極之間后，靜置30分鐘。
[0055]4)在兩鋅箔電極上施加1.4V的恒定電壓。
[0056]5)以光學(xué)顯微鏡實時觀測樣品生長情況，待樣品不再生長，將樣品取出，用去離子水清洗、晾干。
【主權(quán)項】
1.一種在柔性塑料襯底上電沉積制備ZnO納米片薄膜的方法，有以下步驟: 首先把硅片放置于生長室中的熱電制冷器上，生長室與循環(huán)水浴連接，循環(huán)水浴用于控制生長室溫度，在硅片上平行放置兩個厚度為30μπι的電極，電極間距為lcm，在電極之間滴加含有Zn (NO3)2的電解液，Zn (NO3)2濃度為0.01?0.05mol/L，蓋上柔性塑料襯底，調(diào)節(jié)循環(huán)水浴，控制生長室內(nèi)溫度為-1.5?-2.4°C;熱電制冷器兩端加+3V電壓，使朝向硅片的面制冷；當(dāng)硅片與柔性塑料襯底之間形成一個冰層時，把熱電制冷器兩端的電壓改為-0.3V，使冰層逐漸融化，通過顯微鏡觀察，當(dāng)冰層只剩下一個直徑為0.1mm的冰核時停止加電壓，冰核逐漸變大直至布滿兩電極之間后，靜置30分鐘，然后在兩電極間施加0.8?1.4V的直流恒定電壓，在柔性塑料襯底上開始生長ZnO納米片，通過顯微鏡觀察，待停止生長后，取出柔性塑料襯底，用去離子水清洗，晾干，得到生長了 ZnO納米片薄膜的柔性塑料襯底。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在柔性塑料襯底上電沉積制備ZnO納米片薄膜的方法，其特征在于，所述的Zn (NO3) 2濃度為0.05mol/Lo3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在柔性塑料襯底上電沉積制備ZnO納米片薄膜的方法，其特征在于，生長室內(nèi)溫度控制在-2.0 °C。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3所述的一種在柔性塑料襯底上電沉積制備ZnO納米片薄膜的方法，其特征在于，在柔性塑料襯底上開始生長ZnO納米片時，是在兩電極間施加0.8V的直流恒定電壓的。
【專利摘要】本發(fā)明的一種在柔性塑料襯底上電沉積制備ZnO納米片薄膜的方法屬于功能納米材料相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域。把硅片放置在TEC上面，在硅片上平行放置兩個鋅箔電極，在電極之間滴加Zn(NO3)2電解液，蓋上PET薄片，利用TEC與循環(huán)水浴使硅片與PET薄片之間形成一個冰層，靜置30分鐘后在兩電極之間施加直流電壓，待沉積物停止生長，將所得產(chǎn)物用去離子水清洗，得到生長了ZnO納米片薄膜的柔性塑料襯底。本發(fā)明中生長在柔性襯底的納米材料在柔性電子學(xué)、柔性光學(xué)、柔性傳感器等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。
【IPC分類】C25D9/04, C25D5/56
【公開號】CN105714351
【申請?zhí)枴緾N201610298064
【發(fā)明人】張明喆, 肖傳海
【申請人】吉林大學(xué)