摘 要

ZnO纳米材料具有优异光电性能，是一种良好的透明导电材料，常用于柔性显示器、柔性太阳能电池等领域。将柔性衬底与ZnO纳米棒阵列相结合，是ZnO基半导体器件重要的研究发展方向。

本文采用传统的两步法（溶胶凝胶法和水热法）来制备ZnO纳米棒阵列，但又在传统的两步法制备工艺上进行了一次探索性的改变：不采用已经成膜的聚酰亚胺作为柔性衬底，而是在聚酰亚胺成膜时的程序升温过程中，于200℃时将PI薄膜取出，采用溶胶凝胶法在PI衬底上沉积一层ZnO晶种，继续完成程序升温，即PI的成膜和ZnO薄膜的制备过程结合成一步，并于此基础上采用水热法生长氧化锌纳米棒阵列，并初步讨论不同制备条件对ZnO晶种和ZnO纳米棒阵列生长的影响。后续通过对制得的薄膜进行结构形貌表征及紫外吸收的考察，表明新工艺对PI的成膜无影响，且ZnO的结晶度良好，具有明显的紫外吸收特性，ZnO纳米棒阵列有明显的C轴取向生长特性。

关键词：聚酰亚胺 柔性衬底 氧化锌 氧化锌纳米棒阵列

ABSTRACT

ZnO nanomaterials have excellent optoelectronic properties and are widely used in flexible displays, flexible solar cells and other fields. Combining flexible substrates with ZnO nanorod arrays is an important research direction for ZnO based semiconductor devices.

In this paper, ZnO nanorods arrays were prepared by traditional two-step method (sol-gel method and hydrothermal method). However, an exploratory change was made in the traditional two-step preparation process: no film forming polyimide was used as flexible substrate. The Pi film was removed at 200 ℃, and a layer of ZnO seed was deposited on Pi substrate by sol-gel method. That is, the film formation of Pi and the preparation process of ZnO film are combined into one step. On the basis of this, ZnO nanorod arrays are grown by hydrothermal method, and the different preparation conditions of ZnO nanorods are discussed. Effect of ZnO seed and ZnO nanorod array growth. The results showed that the new process had no effect on Pi film formation, and the crystallinity of ZnO was good. ZnO nanorods have obvious C-axis orientation growth characteristics.

KEYWORDS: Polyimide; Flexible substrate; ZnO ; ZnO nanorod arrays

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 聚酰亚胺 1

1.1.1 聚酰亚胺简介 1

1.1.2 聚酰亚胺的发展 1

1.1.3 聚酰亚胺的功能应用 1

1.1.4 聚酰亚胺的膜应用 2

1.2 氧化锌概述 2

1.3 氧化锌薄膜 3

1.3.1 氧化锌薄膜简介 3

1.3.2 氧化锌薄膜制备方法 3

1.4 氧化锌纳米棒阵列 4

1.4.1 氧化锌纳米棒阵列简介 4

1.4.2 氧化锌纳米阵列的应用 5

1.4.3 氧化锌纳米阵列的制备 5

1.5 本文的研究目的与内容 5

第二章 实验部分 7

2.1 实验原料及仪器设备 7

2.1.1 实验原料 7

2.1.2 主要仪器及设备 7

2.2 材料的制备 8

2.2.1 PI薄膜的制备 8

2.2.2 ZnO溶胶的配制 8

2.2.3 PI/ZnO薄膜的制备 8

2.2.4 PI衬底ZnO纳米棒阵列的制备 9

第三章 结果与分析 10

3.1 红外光谱分析 10

3.2 薄膜XRD测试分析 11

3.3 表面形态SEM图分析 12

3.4 紫外光谱分析 14

第四章 结论 15

参考文献 16

致 谢 18

第一章 文献综述

1.1 聚酰亚胺

1.1.1 聚酰亚胺的简介

聚酰亚胺(PI)是一种在如今发展很迅速的高分子材料，其主要特点是主链上含有酰亚胺基团。

图1-1两种结构的聚酰亚胺

PI是一种重要的特种工程材料^[1]，在聚合物材料中，它的耐热性是迄今为止最高的。一般来说，聚酰亚胺都是指环状聚酰亚胺^[2]，相比于直链型的聚酰亚胺，环状PI具有更大的实用性，其合成难度也小很多。图1-1分别为直链与环状型聚酰亚胺。

1.1.2 聚酰亚胺的发展

早在20世纪初，聚酰亚胺这类聚合物就已经出现在人们的视野中，但是那时没有科技认识到聚合物的重要性，因此鲜有人去关注。直至上个世纪50年代，聚酰亚胺才真正的发展于高分子材料应用领域。当时的杜邦公司优先发展这一新型材料，并申请了一系列的专利，于60年代初对聚酰亚胺进行了商业化发展，聚酰亚胺开始作为一种新兴高分子材料快速发展^[3]。

1.1.3 聚酰亚胺的功能应用

聚酰亚胺拥有各种特性，其广阔的应用前景得到了人们的的共识，被誉为“解决问题的手”，“没有聚酰亚胺不会有今天的微电子技术”的高评价。PI拥有独特的合成性质，其作为结构材料或是功能性材料都有着极高的实用价值，在航空、航天、纳米材料、液晶显示、微电子等领域应用广泛。聚酰亚胺作为美国化学文摘中6种被列题的聚合物之一，这足以体现此种材料在未来的高分子新材料之中

的可发展前景^[4]。近年来，聚酰亚胺被各个国家列入重点研究、发展项目，在21世纪工程塑料的发展中占比重大。如此可见，这种材料无论在技术还是商业上都有很大的发展前景。