圖案化氧化鋅納米棒陣列的構(gòu)筑.pdf

1、實(shí)現(xiàn)一維ZnO納米陣列的圖案化是構(gòu)筑基于此的納米器件的必然要求。與通常用的單一方法相比，將自下而上(Bottom-Up)的生長(zhǎng)技術(shù)與自上而下(Top-Down)的圖案化技術(shù)相結(jié)合制備一維ZnO納米棒陣列的方法具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。該方法可以對(duì)ZnO納米結(jié)構(gòu)的形貌、晶型、摻雜、間距以及排列方式等進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)的不單單是一維ZnO納米結(jié)構(gòu)單體性能的疊加，還有其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)帶來(lái)的許多新奇性質(zhì)，可以極大的提升ZnO納米陣列器件的性能。目前制備圖案化ZnO

2、納米棒陣列一般采用微/納米球模板法、壓印法、光刻法與電子束刻蝕等圖案化技術(shù)與氣相沉積、電化學(xué)沉積、等溫水熱反應(yīng)等ZnO生長(zhǎng)技術(shù)相結(jié)合。這些技術(shù)都是近些年剛剛發(fā)展起來(lái)，雖然已經(jīng)制備了許多具有優(yōu)異結(jié)構(gòu)的圖案化ZnO納米棒陣列，并且在器件化方面也取得非常好的進(jìn)展，但是仍然存在一些亟待解決的問(wèn)題。比如，如何制備低成本大面秋的功能化一維ZnO納米陣列結(jié)構(gòu)；如何對(duì)單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的形貌以及排列方式進(jìn)行有效的調(diào)控等等。針對(duì)上述問(wèn)題，我們主要從以下兩方面開(kāi)

3、展了研究。
　　 一、結(jié)合納米壓印與低溫水熱技術(shù)構(gòu)筑多階層類(lèi)荷葉ZnO陣列及其超疏水性能研究。首先利用PDMS復(fù)制了新鮮荷葉的表面結(jié)構(gòu)，并以PDMS軟模板作為納米壓印印章，在氧化鋅溶膠漳膜上熱壓印制備了具有仿荷葉微米陣列結(jié)構(gòu)的ZnO凝膠溥膜。經(jīng)退火及低溫水熱反應(yīng)后，在該薄膜上生長(zhǎng)了一層ZnO納米棒陣列，制備出了具有微米納米階層結(jié)構(gòu)的ZnO晶體薄膜。用PDS對(duì)ZnO晶體表面進(jìn)行修飾后，獲得了超疏水界面。同時(shí)通過(guò)控制水熱生長(zhǎng)時(shí)間，來(lái)

4、調(diào)控ZnO二級(jí)納米結(jié)構(gòu)，研究了二級(jí)納米結(jié)構(gòu)對(duì)類(lèi)荷葉結(jié)構(gòu)超疏水性能的影響。該方法直接從自然界取材，無(wú)需復(fù)雜的制備工藝，操作簡(jiǎn)單，成本低廉，且制備出的超疏水薄膜結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、性能穩(wěn)定，為仿生制備類(lèi)荷葉超疏水結(jié)構(gòu)提出了一種具有競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案。
　　 二、結(jié)合電子束刻蝕及低溫水熱反應(yīng)技術(shù)制備圖案化ZnO納米棒陣列。我們用離子束沉積、電子束刻蝕和低溫水熱技術(shù)在Si(100)基片上構(gòu)筑了不同密度與形貌的圖案化ZnO納米棒陣列。發(fā)現(xiàn)種子層對(duì)水熱

5、生長(zhǎng)ZnO納米棒陣列有強(qiáng)烈的影響，且在本實(shí)驗(yàn)條件下，基片溫度為300℃時(shí)濺射得到的ZnO種子層誘導(dǎo)生長(zhǎng)的ZnO納米棒陣列具有最優(yōu)的空間取向與最窄的直徑分布。隨后用該條件下制備的ZnO薄膜作為種子層，通過(guò)電子束刻蝕技術(shù)在基片上構(gòu)筑了多種電子束刻蝕膠(PMMA)的圖案化結(jié)構(gòu)。研究了反應(yīng)時(shí)間、前驅(qū)體濃度等水熱條件對(duì)ZnO納米棒陣列密度形貌的影響，發(fā)現(xiàn)ZnO陣列結(jié)構(gòu)的密度隨著前驅(qū)體濃度的增加而增大。通過(guò)控制PMMA孔洞特征尺寸，在相同水熱條件下