一種具有花瓣效應(yīng)的ZnO納米結(jié)構(gòu)的制備方法
【專利說明】一種具有花瓣效應(yīng)的ZnO納米結(jié)構(gòu)的制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，具體是一種具有花瓣效應(yīng)的ZnO納米結(jié)構(gòu)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003]浸潤性是固體表面的重要特性之一，它與固體表面的微觀幾何結(jié)構(gòu)和表面的化學(xué)成分密切相關(guān)。一般用液體在固體表面的接觸角來衡量浸潤性，把接觸角小于90°的固體表面稱為親水表面，其中小于10°的為超親水表面；而大于90°的表面稱為疏水表面，超過150°的稱為超疏水表面。因具有獨(dú)特的表面浸潤性，超疏水表面在自清潔、抗腐蝕和微流體器件等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，引起了人們的研究興趣。傳統(tǒng)的超疏水表面(即荷葉效應(yīng))，水滴在表面具有較大的接觸角，粘附力極小，極易滾動。然而，人們在研究超疏水表面過程中發(fā)現(xiàn)，另一類超疏水表面上的液滴具有不同的動態(tài)行為(即花瓣效應(yīng))，液滴同樣具有較大的接觸角，但粘附力很大，不能在表面自由滾動，甚至當(dāng)液滴倒立時(shí)，依然牢牢地吸附在固體表面，這些奇特的現(xiàn)象引起了科研工作者極大的興趣。研究表明，具有粘附性能的超疏水表面與其表面的微觀結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分密切相關(guān)。
[0004]氧化鋅是一種I1-VI族寬禁帶半導(dǎo)體材料，禁帶寬度為3.37 eV，且具有較高激子結(jié)合能(60 meV)0由于存在表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀隧道效應(yīng)等，使得氧化鋅納米材料具有獨(dú)特的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)等方面的性能。人們采用不同的方法制備出不同尺度的氧化鋅納米棒、納米柱和納米線等，且能形成具有微/納二元結(jié)構(gòu)的氧化鋅。研究結(jié)果表明，具有微/納二元結(jié)構(gòu)的氧化鋅表現(xiàn)出疏水特性，且能在疏水和親水性之間發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變，使得該類薄膜在智能微流控制芯片、可控藥物傳輸和自清潔等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。
[0005]目前關(guān)于氧化鋅納米材料表面浸潤性的研究工作較多，但有關(guān)的氧化鋅納米材料表面花瓣效應(yīng)的研究工作相對較少?，F(xiàn)有技術(shù)制備的氧化鋅納米材料的表面花瓣效應(yīng)不明顯，且存在制備過程過于復(fù)雜、需要昂貴的實(shí)驗(yàn)藥品或者超疏水性能不是很優(yōu)異等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)氧化鋅納米材料表面花瓣效應(yīng)不明顯、制備過程過于復(fù)雜、需要昂貴的實(shí)驗(yàn)藥品的缺陷，提供一種具有明顯花瓣效應(yīng)的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的制備方法，該表面接觸角高達(dá)156°，表現(xiàn)為超疏水特性；且當(dāng)水滴倒立時(shí)依然吸附于表面，粘附力極強(qiáng)。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種具有花瓣效應(yīng)的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟:
(1)配制鋅鹽溶膠:將醋酸鋅加入到乙二醇甲醚中，得到醋酸鋅溶液，向醋酸鋅溶液中加入乙醇胺穩(wěn)定劑，57-63°C水浴條件下加熱攪拌l_3h，陳化，得到無色透明溶膠；
(2)制備氧化鋅籽晶:選用載玻片作為薄膜生長基片，采用旋轉(zhuǎn)涂膜法進(jìn)行鍍膜，1500rpm低轉(zhuǎn)速條件下向基片上滴加溶膠，3000rpm高轉(zhuǎn)速條件下勾膠，勾膠時(shí)間30s，形成濕膜，然后將濕膜在145-155°C下進(jìn)行預(yù)處理8-12min ;在經(jīng)鍍膜和預(yù)處理后的基片上再重復(fù)上述鍍膜和預(yù)處理步驟1次；退火，溫度為480-520°C，保溫60min后自然冷卻，得到氧化鋅籽晶；
(3)制備具有花瓣效應(yīng)的氧化鋅納米結(jié)構(gòu):配制六水合硝酸鋅水溶液，加入緩釋劑六亞甲基四胺，用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值在10-12之間，將混合液置于高壓釜中，然后將制備有氧化鋅籽晶層的襯底面朝下浸沒于混合液中，在90-96°C條件下水熱反應(yīng)1.5-2.5h，自然冷卻，去離子水清洗，烘干，得具有花瓣效應(yīng)的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)。
[0008]作為進(jìn)一步地優(yōu)選，本發(fā)明所述步驟(1)中醋酸鋅溶液的濃度為0.45-0.55mol/L。
[0009]作為進(jìn)一步地優(yōu)選，本發(fā)明所述步驟(1)中醋酸鋅與乙醇胺的摩爾比為1:1。
[0010]作為進(jìn)一步地優(yōu)選，本發(fā)明所述步驟(2)中薄膜生長基片進(jìn)行預(yù)處理:分別在丙酮和去離子水中超聲清洗lOmin，在60°C條件下烘干，備用。
[0011]作為進(jìn)一步地優(yōu)選，本發(fā)明所述步驟(3)混合液中六水合硝酸鋅的濃度為
0.01-0.03 mol/Lo
[0012]作為進(jìn)一步地優(yōu)選，本發(fā)明所述步驟(3)烘干溫度為60-80°C。
[0013]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明方法制備的氧化鋅具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中納米棒之間的間隙較大，納米棒相對較細(xì)且發(fā)生傾斜，相鄰納米棒頂端發(fā)生團(tuán)聚，該氧化鋅表面存在微/納二元結(jié)構(gòu)，表面粗糙因子增大，根據(jù)Wenzel模型，粗糙因子增大有助于增強(qiáng)疏水材料的表面接觸角，使得其接觸角高達(dá)156° ;本發(fā)明中水滴通過毛細(xì)管效應(yīng)滲入微/納二元結(jié)構(gòu)表面的間隙中，毛細(xì)管作用力足夠強(qiáng)，以至于當(dāng)基片倒置時(shí)，水滴依然倒立于該結(jié)構(gòu)的表面；本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的納米氧化鋅結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明方法制備的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的疏水性能更好，粘附力更強(qiáng)；本發(fā)明氧化鋅納米結(jié)構(gòu)只在有籽晶層的地方生長，沒有籽晶層的地方不生長，可以通過控制籽晶層的位置來控制氧化鋅納米材料生長的位置。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明一種具有花瓣效應(yīng)的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的制備方法中實(shí)施例1所得氧化鋅納米材料的表面形貌。
[0015]圖2為本發(fā)明一種具有花瓣效應(yīng)的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的制備方法中實(shí)施例1所得氧化鋅納米材料表面正立的水滴照片。
[0016]圖3為本發(fā)明一種具有花瓣效應(yīng)的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的制備方法中實(shí)施例1所得氧化鋅納米材料表面倒立的水滴照片。
[0017]圖4為本發(fā)明一種具有花瓣效應(yīng)的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的制備方法中實(shí)施例1所得氧化鋅納米材料的XRD圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0019]—種具有花瓣效應(yīng)的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟:
1、配制鋅鹽溶膠:
將醋酸鋅加入到乙二醇甲醚中，得到醋酸鋅溶液，向醋酸鋅溶液中加入乙醇胺穩(wěn)定劑，60°C水浴條件下加熱攪拌2h，陳化24h，得到無色透明溶膠。
[0020]2、制備氧化鋅籽晶:
選用載玻片作為薄膜生長基片，分別在丙酮和去離子水中超聲清洗lOmin，在60°C條件下烘干，備用。
[0021]采用旋轉(zhuǎn)涂膜法進(jìn)行鍍膜，1500rpm低轉(zhuǎn)速條件下向基片上滴加溶膠，3000rpm高轉(zhuǎn)速條件下勻膠，勻膠時(shí)間30s，形成濕膜，然后對濕膜進(jìn)行預(yù)處理，溫度和時(shí)間分別為150°C和lOmin ;在經(jīng)鍍膜和預(yù)處理后的基片上重復(fù)上述鍍膜和預(yù)處理步驟1次；最后放入高溫管式爐中退火處理，溫度為500°C，保溫60min后自然冷卻，得到氧化鋅籽晶。
[0022]3、制備具有花瓣效應(yīng)的氧化鋅納米結(jié)構(gòu):
將六水合硝酸鋅溶于去離子水，加入緩釋劑六亞甲基四胺，用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值，將混合液置于高壓釜中，然后將制備有氧化鋅籽晶層的襯底面朝下浸沒于混合液中，在95°C條件下水熱反應(yīng)2h，自然冷卻，去離子水清