微流控技术制备zno纳米线阵列及其气敏特性

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．20(2014)207102微流控技术制备Zno纳米线阵列及其气敏特性冰胡杰1)2)t邓霄)2)3)桑胜波)2)李朋伟)2)李刚)2)张文栋)2)1)(太原理工大学信息工程学院微纳系统研究中心，太原030024)2)(太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室，太原030024)3)(太原理工大学物理与光电工程学院，太原030024)(2014年5月6日收到；2014年7月17日收到修改稿)利用微流控技术在微通道中制备了ZnO纳米线阵列，通过X射线衍射和

2、扫描电子显微镜分别对纳米线的物相和表面形貌进行了表征．结果发现，合成的ZnO纳米线具有良好的c轴择优取向性和结晶度．同时，对ZnO纳米线阵列在丙酮、甲醇和乙醇气体中的气敏特性进行了研究，测试结果表明：在最佳工作温度(475。C)下，纳米线阵列对200ppm(1ppm=10)丙酮气体的最大灵敏度可达8．26，响应恢复时间分别为9和5s；通过与传统水热法制备的ZnO纳米线的气敏性能相比较发现，基于微流控技术制备的纳米线阵列具有更高的灵敏度和更快的响应恢复速度．最后，从材料表面氧气分子得失电子的角度对ZnO纳米线气敏机理进行了

3、讨论．关键词：氧化锌纳米线，微流控技术，水热法，气敏性能PACS：71．20．Nr，91．60．Ed，81．07．GfDOI：10．7498／aps．63．207102种合成技术在基底和生长液中均会形成ZnO纳米1引言线，生长液中的反应体会快速被消耗，所以ZnO纳米线在基底表面的生长速度将会受到较大的影响；氧化锌(ZnO1作为一种宽禁带(室温下为另外，悬浮在生长液中的纳米线很容易黏附于基Eg=3．37eV)并且具有较高激子结合能(60meV)底表面而阻碍纳米线的生长，降低器件的性能．虽的II—VI族直接带隙半导体材料，广

4、泛应用于场效然采用更换生长液的方法可以使上述问题得到改应管[，2】、气体传感器[0，4】、发光二极管[5，6】和太阳善(7，l3]，但是该方法增加了实验操作的复杂性，而能电池【7)8】等领域．在ZnO的众多形貌中，由于且要获得较长的Zn0纳米线所需的时间也会大大ZnO纳米线具有较高的电导率和较大的比表面积，增加[141．被认为是构建超高灵敏度气体传感器的理想材料．基于微流控芯片制备ZnO纳米线阵列技术具ZnO纳米线的制备方法主要包括：化学气相沉积有许多突出的优势，其不但能降低反应物的消耗、法[0J、电化学沉积法[10]和

5、水热法[1l】等．相比较而极大提高研究对象的可控制性，而且微流控系统所言，由于醋酸锌热解法与水热法相结合技术具有特有的持续注入生长液的能力，也可以使通道内反成本低、工艺简单和形貌更容易控制等优点，该技应体的浓度保持稳定，避免材料制备过程中过快的术广泛地应用于ZnO纳米线的制备[7,12】．然而，这消耗，可有效解决生长液中悬浮的Zn0纳米线黏附国家自然科学基金(批准号：51205273，51205274，61340053)、山西省自然科学基金(批准号：2013021017-2)、山西省高等学校科技创新基金(批准号：2012

6、0007)、太原理工大学校青年基金(批准号：2012L034)和山西省研究生优秀创新基金(批准号：20133028)资助的课题．f通讯作者．E-mail：hujieQtyut．edu．cn◎2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp：／／／wulixb．iphy．ac．c扎207102。1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．20(2014)207102于基底表面的问题．目前，虽然基于微流控技术合2．2微流控芯片的制备成ZnO纳米线阵列的方法已有所研究[5，16l，但是微流控

7、芯片的制备流程如图1所示：第一步，在相对较短的时间内制备出较长的ZnO纳米线阵在玻璃基底表面旋涂Omnicoat辅助剥离层，然后列并应用于气敏特性的研究还未见报道．本文利再旋涂SU一82100负性光刻胶并进行前烘：第二步，用软光刻技术将ZnO种子层的玻璃基底集成于微利用紫外曝光机和光学掩膜板对光刻胶曝光，并进流控芯片中，并通过微流控技术在微通道中生长了行后烘处理；第三步，对曝光后的光刻胶进行显影ZnO纳米线阵列，对纳米线在丙酮、甲醇和乙醇气体中的气敏特性进行了研究．即可获得所设计的微结构f宽度为0．5mm，长度为14．8

8、7mn1)；第四步，对微结构表面进行抗黏剂(三2实验甲基一氯硅烷(TMCS))处理，并将聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚体浇注到其表面，然后放入干燥箱2．1种子层和生长液的制备中进行固化：第五步，将固化的PDMS通道从玻璃基底表面剥离并对其进行打孔；第六步，利用氧等ZnO种子层的制备过程如下：首先称离子清洗机对PDMS