一種納米結構陣列及其制備方法技術

本發明專利技術涉及納米結構材料領域，具體地，公開了一種用電化學沉積法制備納米結構陣列的方法以及由該方法制備的納米結構陣列，其中，所述方法包括：將襯底一端與接觸電極連接并固定后，用導電膠帶從接觸電極兩側引出，使導電膠帶粘在襯底的一個導電表面的四周；以及以襯底為工作電極，搭建二電極或三電極系統，連接電化學工作站，采用恒電位法在襯底的導電表面上沉積納米結構陣列。根據本發明專利技術提供的制備納米結構陣列的方法能夠有效提高電化學沉積納米結構的生長速率以及高度、光學質量的均勻性。

Nano structure array and preparation method thereof

The present invention relates to the field of nano structured materials, specifically, nano structure array, and discloses a method for preparing nano structure array prepared by electrochemical deposition and prepared by this method, the method includes: a substrate with one end connected to the contact electrode and is fixed, with conductive tape from the contact electrode on both sides leads to the conductive adhesive tape in a conductive surface around the substrate; and the substrate as the working electrode, build two electrode or three electrode system, connecting the electrochemical workstation by potentiostatic deposition on the conductive surface of the substrate on the nanostructure. The method for preparing nanostructured arrays according to the present invention can effectively improve the growth rate of the electrochemically deposited nanostructures, and the uniformity of the height and the optical quality.

【技術實現步驟摘要】
一種納米結構陣列及其制備方法
本專利技術屬于納米結構材料領域，具體地，涉及一種用電化學沉積法制備納米結構陣列的方法，以及由該方法制備的納米結構陣列。
技術介紹
用于制備納米結構陣列的方法有多種，例如反應蒸發、濺射、脈沖激光沉積、溶膠凝膠過程、化學氣相沉積、噴霧熱分解、化學浴沉積、連續離子層吸附與反應法、電化學沉積等。其中，電化學沉積方法具有若干其他方法無法比擬的優點，例如，能通過改變沉積條件，精確控制薄膜的厚度和形貌，易于大面積成膜，沉積速度快，沉積溫度低(一般小于80℃)，設備簡單，成本低廉等等，因此近年來逐漸引起人們的關注。對于傳統的電化學沉積法，通常在襯底上用電化學沉積法制備納米結構陣列，所采用的電極系統由二電極或三電極構成，二電極分別是工作電極和對電極，三電極分別是工作電極、對電極和參比電極，其中襯底作為工作電極，一端浸沒在電解液中，另一端通過與導電材料(如石墨等)接觸來加載工作電壓，這就使襯底表面電位分布不同，使得生長的納米結構的高度不同，光學質量不同，尤其當襯底面積較大時這種不均勻性更為明顯，且相同電位下生長面積越大生長速率越低，這些都限制了納米結構陣列在實際中的大面積應用。針對電化學沉積法中存在的納米結構的高度不均勻的問題，CN101348931A公開了采用三電極體系進行方波脈沖電沉積，在-0.8V至-1.1V的外加電壓下，通過調整前驅體的初始濃度以及脈沖電沉積的外加電壓、電壓的通斷時間比、脈沖頻率等控制因素，并在沉積過程前和沉積過程中中向電解液中持續通入氧氣，制備出長度均勻可控的氧化鋅納米棒陣列的透明薄膜。該專利申請采用傳統的三電極體系進行電化學沉積制備氧化鋅納米棒陣列，為了解決納米棒的直徑較大、納米棒的生長速度不同致使棒的長度不均勻等問題，采用了方波脈沖電沉積的方法并在沉積前和沉積過程中持續通入氧氣，從而制備出較均勻的氧化鋅納米棒陣列。這種方法存在的問題是在沉積過程中通入氧氣會影響恒溫水浴環境的溫度穩定性和溫度均勻性，加大沉積過程中溫度控制的難度，在實際應用中不好操作。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種新的用電化學沉積法制備納米結構陣列的方法，以實現提高電化學沉積納米結構的生長速率以及高度、光學質量的均勻性。本專利技術的專利技術人在研究過程中發現，通過對工作電壓的加載方法進行改進，即在連接襯底和接觸電極時，在襯底表面四周粘貼一圈導電膠帶，并將導電膠帶與接觸電極相連，使工作電壓通過接觸電極和導電膠帶直接加載在襯底四周，而不是襯底一端，從而能夠改進襯底表面的電位分布，進而能夠有效提高電化學沉積納米結構的生長速率以及高度、光學質量的均勻性，因而完成了本專利技術。本專利技術提供了一種用電化學沉積法制備納米結構陣列的方法，該方法包括：將襯底一端與接觸電極連接并固定后，用導電膠帶從接觸電極兩側引出，使導電膠帶粘在襯底的一個導電表面的四周；以及以襯底為工作電極，搭建二電極或三電極系統，連接電化學工作站，采用恒電位法在襯底的導電表面上沉積納米結構陣列。本專利技術還提供了由上述方法制備的納米結構陣列。根據本專利技術提供的制備納米結構陣列的方法能夠有效提高電化學沉積納米結構的生長速率以及高度、光學質量的均勻性。而且，本專利技術提供的制備納米結構陣列的方法操作簡單，不需要改變原實驗裝置，成本較低。本專利技術的其它特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。附圖說明圖1是本專利技術提供的所述方法中襯底與接觸電極的連接方式的示意圖；圖2(a)是實施例1制備的ZnO納米結構陣列的SEM剖面圖；圖2(b)是實施例1制備的ZnO納米結構陣列中納米結構高度在樣品表面不同位置的分布圖，高度單位為nm；圖3(a)是實施例1制備的ZnO納米結構陣列的PL光譜；圖3(b)是由PL光譜分析得到的ZnO納米結構的禁帶邊發光峰/缺陷發光峰強度比在樣品表面不同位置的分布圖。具體實施方式以下結合附圖對本專利技術的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本專利技術，并不用于限制本專利技術。本專利技術提供的所述用電化學沉積法制備納米結構陣列的方法包括：將襯底一端與接觸電極連接并固定后，用導電膠帶從接觸電極兩側引出，使導電膠帶粘在襯底的一個導電表面的四周；以及以襯底為工作電極，搭建二電極或三電極系統，連接電化學工作站，采用恒電位法在襯底的導電表面上沉積納米結構陣列。在本專利技術提供的所述方法中，將襯底與接觸電極連接并在襯底上形成導電膠帶的過程如圖1所示，具體過程可以包括：(a)提供襯底1，并優選對襯底1進行清洗處理，以去除襯底1表面上的顆粒物、有機物和金屬污染物等；(b)將襯底1的一端(如頂端)與接觸電極2連接并固定；(c)用導電膠帶3從接觸電極兩側引出，使導電膠帶3粘在襯底1的一個導電表面的四周，使接觸電極2與襯底1的導電表面四周通過導電膠帶3導通。在本專利技術提供的所述方法中，粘在襯底四周的導電膠帶的寬度可以為1-10mm，優選為4-8mm。在本專利技術提供的所述方法中，所述導電膠帶可以為本領域常規的導電膠帶，優選地，所述導電膠帶包括導電基帶和涂布在該導電基帶的單側或兩側的膠黏劑。在本專利技術中，所述導電基帶的材質可以選自導電紡織布基、導電無紡布基、銅箔和鋁箔中的至少一種。在本專利技術中，所述膠黏劑(主要成份)可以選自普通丙烯酸、導電丙烯酸和EVA樹脂中的至少一種。所述普通丙烯酸是指不導電的丙烯酸。在本專利技術提供的所述方法中，加載在襯底上的工作電位可以為-0.5V至-2V，沉積時間可以為0.5-300分鐘。在本專利技術提供的所述方法中，所述襯底可以為本領域常規使用的各種生長基底，例如，所述生長基底可以為透明導電氧化物、金屬、纖維、聚合物和碳材料中的至少一種，優選為透明導電氧化物。其中，所述透明導電氧化物(TCO)基底優選選自氧化銦錫(ITO)、摻鋁氧化鋅(AZO)、摻銦氧化鋅(IZO)、摻鎵氧化鋅(GZO)、摻硼氧化鋅(BZO)和摻氟二氧化錫(FTO)中的至少一種。所述金屬基底優選選自金、銀、銅或它們的合金。所述纖維基底優選為棉絲或光纖。所述碳材料基底優選為碳納米管或石墨烯。所述生長基底也可以包含其它任意適宜電化學法的有機或無機襯底。所述生長基底表面覆蓋或不覆蓋氧化鋅薄膜或其他金屬(如鋁、銦、鎵、硼等)摻雜的氧化鋅薄膜。所述氧化鋅薄膜或其他金屬摻雜的氧化鋅薄膜層可以通過本領域常規方式覆蓋在生長基底的表面，例如通過真空濺射鍍膜的方式。所述氧化鋅薄膜或其他金屬摻雜的氧化鋅的厚度可以根據實際情況進行選擇，優選為30nm-100nm。在本專利技術提供的所述方法中，優選地，在沉積納米結構陣列的過程中，襯底浸漬于電解液中，所述電解液處于恒溫水浴環境。所述恒溫水浴環境的溫度優選為30-95℃。在本專利技術中，所述電解液可以根據所要形成的納米結構陣列的材質進行調整。在一種實施方式中，為了形成氧化鋅納米結構陣列，所述電解液可以為含有鋅鹽和銨鹽的溶液，且所述鋅鹽的濃度可以為0.0005-1mol/L，銨鹽濃度可以為0-1mol/L。所述鋅鹽可以選自硝酸鋅、乙酸鋅、草酸鋅、硫酸鋅和氯化鋅中的至少一種；所述銨鹽可以選自硫酸銨、硝酸銨、氯化銨、乙酸銨和草酸銨中的至少一種。在本專利技術提供的所述方法中，在電化學沉積的過程中，優選采用三電極系統實施。所述三電極系統是由工作電極本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用電化學沉積法制備納米結構陣列的方法，該方法包括：將襯底一端與接觸電極連接并固定后，用導電膠帶從接觸電極兩側引出，使導電膠帶粘在襯底的一個導電表面的四周；以及以襯底為工作電極，搭建二電極或三電極系統，連接電化學工作站，采用恒電位法在襯底的導電表面上沉積納米結構陣列。

【技術特征摘要】
1.一種用電化學沉積法制備納米結構陣列的方法，該方法包括：將襯底一端與接觸電極連接并固定后，用導電膠帶從接觸電極兩側引出，使導電膠帶粘在襯底的一個導電表面的四周；以及以襯底為工作電極，搭建二電極或三電極系統，連接電化學工作站，采用恒電位法在襯底的導電表面上沉積納米結構陣列。2.根據權利要求1所述的方法，其中，粘在襯底四周的導電膠帶的寬度為1-10mm。3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，所述導電膠帶包括導電基帶和涂布在該導電基帶的單側或兩側的膠黏劑。4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述導電基帶的材質選自導電紡織布基、導電無紡布基、銅箔和鋁箔中的至少一種。5.根據權利要求3所述的方法，其中，所述膠黏劑選自普通丙烯酸、導電丙烯...

【專利技術屬性】
技術研發人員：湯洋，白安琪，陳頡，
申請(專利權)人：神華集團有限責任公司，北京低碳清潔能源研究所，
類型：發明
國別省市：北京,11