采用sol- gel 提拉法，以聚乙二醇(PEG2000)為模板劑，醋酸鋅為前驅(qū)體，乙醇為溶劑，二乙醇胺為絡(luò)合劑，在玻璃基片上生長了多孔ZnO 薄膜，利用SEM和紫外分光光度計分析了多孔ZnO 薄膜的表面形貌和光學(xué)性質(zhì)。研究了涂膜層數(shù)，模板劑加入量對多孔ZnO 薄膜結(jié)構(gòu)和透射率的影響。實驗結(jié)果表明：隨著涂膜層數(shù)的增加，薄膜的透射率有減小的趨勢；當(dāng)鍍膜層數(shù)一定時，加入PEG2000 后，有利于ZnO 多孔結(jié)構(gòu)的形成，在一定范圍內(nèi)，孔尺寸隨PEG 加入量的增加而增大，薄膜的紫外- 可見光透射率隨PEG 加入量的增加而減小。

　　氧化鋅（ZnO）是一種直接帶隙、寬禁帶(Eg 約3.37 eV) 的Ⅱ- Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料，室溫下激子結(jié)合能達(dá)60 meV，在壓電換能器、透明導(dǎo)電材料、光波導(dǎo)和氣敏、濕敏傳感器等方面有廣泛的應(yīng)用^[1~3] ，并且產(chǎn)業(yè)化前景看好。特別是自1997 年人們觀察到ZnO 薄膜的紫外受激發(fā)射后^[4~5] ，很快成為繼GaN 之后新的短波長半導(dǎo)體材料的研究熱點。多孔材料具有大比表面積、高孔隙率、高的透過性、可組裝性、高吸附性等諸多性能，多孔ZnO 薄膜在半導(dǎo)體光電材料、納米能源材料、催化材料和染料敏化納米晶太陽能電池的光陽極材料等領(lǐng)域都有應(yīng)用。作為染料敏化納米晶太陽能電池的光陽極材料，要求ZnO 薄膜是多孔的且具有較高的比表面積，這樣可吸附較多的染料，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率^[6] 。多孔ZnO 薄膜制備技術(shù)主要有：射頻濺射法^[7] 、離子束濺射沉積法^[8] 、化學(xué)氣相沉積法^[9] 、脈沖激光沉積法^[10] 、溶膠- 凝膠法^[11] 等。

　　溶膠- 凝膠技術(shù)是一種材料制備的濕化學(xué)合成方法，它不需要復(fù)雜昂貴的設(shè)備，工藝簡單，特別是化學(xué)計量比容易控制，易于改性摻雜，能從分子水平上設(shè)計制備材料，在制備氧化物薄膜和納米材料粉體等方面具有廣泛應(yīng)用。目前對ZnO 薄膜的研究主要集中于純ZnO 薄膜和摻雜薄膜的光電性能，而專門研究多孔ZnO 薄膜的光學(xué)性能及實驗條件對其結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能影響的論文不多。本文采用溶膠- 凝膠法在玻璃基片上制得了高質(zhì)量的多孔ZnO 薄膜，研究了不同實驗條件對薄膜樣品透射率的影響，得到了一些具有應(yīng)用價值的信息。

1、實驗部分

　　用電子天平準(zhǔn)確稱取一定量的Zn(CH3COO)2·2H2O，將其溶解在50 ml 的無水乙醇中，然后放在磁力攪拌器上加熱攪拌(溫度為50℃)，待溶液呈乳狀后，用量筒準(zhǔn)確量取一定量的二乙醇胺，逐滴加入到溶液中(30 s 內(nèi)完成)，使x[Zn(CH3COO)2·2H2O]：y[NH(CH2CH2OH)2]比為1：2 (摩爾比，下同)，再用移液管準(zhǔn)確量取一定量的去離子水，加入到溶液中，使x[Zn (CH3COO)2·2H2O] ：y[H2O]比為1：1，繼續(xù)攪拌。待溶液完全澄清后，再加入一定量的模板劑PEG2000，攪拌2h，最后得Zn+ 濃度為0.6 mol/L 的透明、穩(wěn)定的無色溶膠備用。將玻璃基片（5×25×1 mm3）放在鉻酸里浸泡24 h，用去離子水沖洗干凈后在丙酮和無水乙醇里各超聲清洗30 min，最后用去離子水沖洗后干燥備用。

　　用提拉機采用浸漬- 提拉法涂覆薄膜。將配置好的溶膠密封，在一定溫度和濕度環(huán)境下陳化20~24 h 后，再置于70℃水浴下放置1 h。將清洗干凈的玻璃片豎直、勻速浸入配制好的溶膠中，靜置60 s 后，以6 cm/min 的速度垂直、勻速向上提拉基片，涂覆一層后，在100 ℃烘箱中干燥5~10 min 后，重復(fù)上述操作以制備多層薄膜。涂覆完最后一層膜后，再在100℃下干燥30 min，然后將基片置于箱式電阻爐中，以一定的熱處理制度對試樣進行后處理，再隨爐冷卻至室溫，即得到多孔ZnO 薄膜，其中升溫速度小于3℃/min，在300℃附近保溫15 min 左右，再繼續(xù)升溫到500℃處理1 h。

　　用JEOL- 6700F 型場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀測薄膜的形貌，用UV755B 紫外- 可見光分光光度計測試薄膜的光學(xué)透射譜。

3、結(jié)論

　　以聚乙二醇( PEG2000) 為模板劑，醋酸鋅為前驅(qū)體，乙醇為溶劑，二乙醇胺為絡(luò)合，采用sol- gel 提拉法，在玻璃基片上生長了多孔ZnO 薄膜。不同的實驗工藝對其性能的影響如下：

　　(1) 在溶膠濃度為0.6 mol/L，模板劑的加入量為0.6 g 時，一次提拉涂膜的厚度約為50~60 nm，涂膜層數(shù)越多，薄膜越厚，透射率有下降的趨勢，但下降程度不大；在膜層大于7 層后，薄膜的透射率變化不明顯，峰值透射率都在89%附近，且變化很小。

　　(2) 在其它鍍膜條件不變時， 薄膜的透射率隨著PEG2000 加入量的增加而減小。加入PEG2000 后， 有利于多孔ZnO 結(jié)構(gòu)的形成，孔徑的大小在50~250 nm 之間，當(dāng)PEG2000 的加入量為0 . 6 g 時， 薄膜形成的孔結(jié)構(gòu)最好，孔規(guī)則，呈圓形，大小均一，孔徑大小為120 nm左右。

參考文獻(xiàn)

　　[1] Minami T, Nanto H, Takata S. Highly conductive andtrans parent aluminum doped zinc oxide thin filmsprepared by RF magnetron sputtering [J]. Appl. Phys.1984, 23 (5) : 280- 282.
　　[2] Horsthuis W H G. ZnO processing for integrated opticsensors [J]. Thin Solid Films.1986,137 (2):185- 192.
　　[3] Traversa E, Bearzotti A. Anovel humidity- detection mechanism for ZnO densepellets[J].Sensors and Actuators.1995, B23 (2- 3) : 181- 186.
　　[4] Bagnall D M, Chen Y F, Shen M Y et al . Room temperature excitonic stimmulated emission from zinc oxide epilayer grown by plasma- assisted MBE [J]. CrystGrowth , 1998 (184/185) : 605- 609.
　　[5] Zu P, Tang Z K, Wong G K L et al . Ultraviolet spontaneous and stimulated emissions from ZnO microcrystallite thin films at room temperature [J]. Solid State Commun, 1997 , (103 ): 456.
　　[6] 楊立榮, 劉淑賢, 靳正國. 溶膠- 凝膠法制備多孔ZnO 薄膜及其性能表征[J]. 兵器材料科學(xué)與工程,2006, 29(05) : 48- 51.
　　[7] Zayer N K, Greerf R, Rogers K et al . Insitumonitoring of sputtered zinc oxide films for piezoelectric transducers [J]. Thin Solid Films, 1999, 352 (2): 179 - 184.
　　[8] Shuichi N, Takaaki T, Hiroyuki H et al . Structural changes in ZnO/ NiO artificial superlattices made by ion beam sputtering [J]. Thin Solid Films, 1997, 302(1) : 133 - 139.
　　[9] Ataev B M, Bagamadova A M, Djabrailov A M et al .Highly conductive and transparent Ga- doped epitaxial ZnO films on sapphire by CVD [J]. Thin Solid Films,1995, 260 (1):19- 20.
　　[10] Josph B,Gopchandran K G, Thomas P V et al . A studyon the chemical spray deposition of zinc oxide thin films and their structural and electrical properties [J]. Mater Chem Phys,1999,58 (1): 71- 77.
　　[11] Chen K J,Hang F Y,Chang S J,Hu Z S. Microstructures, optical and electrical properties of In- doped ZnO thin films prepared by sol- gel method [J].Applied Surface Science,2009 April 1:6308- 6312.
　　[12] 李巍. ZnO 多孔薄膜的模板組裝制備研究[D]. 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2006:31- 33.