论文部分内容阅读
实现一维ZnO纳米阵列的图案化是构筑基于此的纳米器件的必然要求。与通常用的单一方法相比，将自下而上（Bottom-Up）的生长技术与自上而下（Top-Down）的图案化技术相结合制备一维ZnO纳米棒阵列的方法具有独特的优势。该方法可以对ZnO纳米结构的形貌、晶型、掺杂、间距以及排列方式等进行调控，实现的不单单是一维ZnO纳米结构单体性能的叠加，还有其结构优势带来的许多新奇性质，可以极大的提升ZnO纳米阵列器件的性能。目前制备图案化ZnO纳米棒阵列一般采用微/纳米球模板法、压印法、光刻法与电子束刻蚀等图案化技术与气相沉积、电化学沉积、等温水热反应等ZnO生长技术相结合。这些技术都是近些年刚刚发展起来，虽然已经制备了许多具有优异结构的图案化ZnO纳米棒阵列，并且在器件化方面也取得非常好的进展，但是仍然存在一些亟待解决的问题。比如，如何制备低成本大面积的功能化一维ZnO纳米阵列结构；如何对单个纳米结构的形貌以及排列方式进行有效的调控等等。针对上述问题，我们主要从以下两方面开展了研究。一、结合纳米压印与低温水热技术构筑多阶层类荷叶ZnO阵列及其超疏水性能研究。首先利用PDMS复制了新鲜荷叶的表面结构，并以PDMS软模板作为纳米压印印章，在氧化锌溶胶薄膜上热压印制备了具有仿荷叶微米阵列结构的ZnO凝胶薄膜。经退火及低温水热反应后，在该薄膜上生长了一层ZnO纳米棒阵列，制备出了具有微米纳米阶层结构的ZnO晶体薄膜。用PDS对ZnO晶体表面进行修饰后，获得了超疏水界面。同时通过控制水热生长时间，来调控ZnO二级纳米结构，研究了二级纳米结构对类荷叶结构超疏水性能的影响。该方法直接从自然界取材，无需复杂的制备工艺，操作简单，成本低廉，且制备出的超疏水薄膜结构坚固、性能稳定，为仿生制备类荷叶超疏水结构提出了一种具有竞争力的解决方案。二、结合电子束刻蚀及低温水热反应技术制备图案化ZnO纳米棒阵列。我们用离子束沉积、电子束刻蚀和低温水热技术在Si(100)基片上构筑了不同密度与形貌的图案化ZnO纳米棒阵列。发现种子层对水热生长ZnO纳米棒阵列有强烈的影响，且在本实验条件下，基片温度为300℃时溅射得到的ZnO种子层诱导生长的ZnO纳米棒阵列具有最优的空间取向与最窄的直径分布。随后用该条件下制备的ZnO薄膜作为种子层，通过电子束刻蚀技术在基片上构筑了多种电子束刻蚀胶（PMMA）的图案化结构。研究了反应时间、前驱体浓度等水热条件对ZnO纳米棒阵列密度形貌的影响，发现ZnO阵列结构的密度随着前驱体浓度的增加而增大。通过控制PMMA孔洞特征尺寸，在相同水热条件下制备了单根、双根及簇状ZnO纳米棒有序阵列，并且对ZnO晶体在该体系中的生长过程进行了分析，得出了在该体系中ZnO纳米棒两步生长的结论。最后结合EBL技术与低温水热技术制备了多种ZnO纳米棒阵列结构，为后续ZnO纳米器件的构筑提供了很好的技术支持。