CN101872663A - 掺镓氧化锌纳米粒子的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种光电材料技术领域的掺镓氧化锌纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：步骤一，取二价锌盐，三价镓盐加入溶剂并加热。步骤二，取表面活性剂并加热。步骤三，将步骤一中的溶液注入步骤二的溶液中，升温，纯化产物，得掺镓氧化锌纳米粒子。本发明首次合成电性能宽度可调的掺镓氧化锌纳米粒子，制备方法采用非真空化学合成方法，具有绿色无污染，设备要求简单，适合工业化大规模生产的优点。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种光电材料技术领域的制备方法，具体是一种掺镓氧化锌纳米粒子的制备方法。
背景技术
掺镓氧化锌(GZO)结合了纳米材料和半导体氧化物的优越性能，是国内外近年来被广泛研究和应用的一种新型纳米材料，其导电性能比纯氧化锌有了很大的提高，可见光波段的透光性也有了很大的改善。目前业界最常制备的透明导电薄膜为掺铟氧化锡(ITO)，因为其具备极佳的化学稳定性、光电特性与蚀刻性。但是由于ITO中的铟元素为稀有金属，具毒性且价格昂贵。故掺镓氧化锌可作为ITO的一种理想的替代材料。
经对现有技术的文献检索发现，Gong L.等在《Solar Energy Materials and Solar Cells》(太阳能材料和太阳能电池)2010年第6卷第64期第937到941页发表的文章“Transparentand conductive Ga-doped ZnO films grown by RF magnetron sputtering on polycarbonatesubstrates”(由射频磁控溅射法在聚碳酸脂基质上制备透明导电掺镓氧化锌膜)，专业人员已经开发出溅射、热蒸镀等GZO制备方法，但这些方法需要真空环境，反应条件严苛，难以低温、低成本大面积生产。因此，提出一种可大量制备，成本低廉，环境友好的GZO纳米粒子制备方法，对于本领域具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种掺镓氧化锌纳米粒子的制备方法。本发明的方法无污染，反应条件温和简单、成本低廉，适于大规模生产，其电学性质可随掺镓比例变化而变化。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括以下步骤：
步骤一，取二价锌盐，三价镓盐加入溶剂并加热。
步骤二，取表面活性剂并加热。
步骤三，将步骤一中的溶液注入步骤二的溶液中，升温，纯化产物，得掺镓氧化锌纳米粒子。
步骤一中，所述二价锌盐为乙酰丙酮锌、氯化锌、硫酸锌或醋酸锌。
步骤一中，所述锡盐为氯化镓、醋酸镓、辛酸镓或溴化镓。
步骤一中，所述溶剂为油胺、十八烯。
步骤一中，二价锌盐∶三价镓盐＝(4.5～6.2)∶(1～1.2)。该比例为摩尔比。
步骤三中，所述纯化具体为：将产物溶于有机溶剂A中，离心，取下层沉淀，再向沉淀中加入有机溶剂B，离心，取上清液，向上清中加入油胺和有机溶剂A，离心后取下层沉淀，烘干，得到掺镓氧化锌纳米粒子。
步骤三中，所述有机溶剂A和有机溶剂B各自独立地选自以下物质中的一种：甲醇、乙醇、乙二醇、正戊醇、正丁醇、叔丁醇、二甲苯、正己烷、三氯乙烯、四氯乙烯、氯仿和二氯甲烷；且有机溶剂A与有机溶剂B不为同一种物质。
步骤一中，所述溶剂的加入量为二价锌盐总量摩尔数的5～50倍。
步骤一、二、三中，所述加热具体为：100～500℃加热1～24小时。
步骤三中，所述掺镓氧化锌纳米粒子的直径为3～50nm。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明首次合成电性能宽度可调的掺镓氧化锌纳米粒子，制备方法采用非真空化学合成方法，具有绿色无污染，设备要求简单，适合工业化大规模生产的优点。
附图说明
图1为实施例1制备的掺镓氧化锌纳米粒子的X射线衍射图谱；
图2为实施例2制备的掺镓氧化锌纳米粒子的X射线衍射图谱；
图3为实施例3制备的掺镓氧化锌纳米粒子的X射线衍射图谱；
图4为实施例4制备的掺镓氧化锌纳米粒子的X射线衍射图谱；
图5为实施例5制备的掺镓氧化锌纳米粒子的X射线衍射图谱。
具体实施方式
以下实例将结合附图对本发明作进一步说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
将0.25mmol乙酰丙酮锌、0.06mmol醋酸镓、加入反应管，加入1.25mmol油胺，加热至100℃；另一反应管加入50mmol油胺，加热至200℃。将此溶液注入至金属盐溶液中，升温至500℃1小时。将得到的产物溶于乙醇，8000rpm下离心10分钟，取下层沉淀，加入氯仿，7000rpm下离心5分钟，取上层清液，加入0.1ml油胺和2.5ml乙醇，8000rpm下离心10分钟后取下层沉淀，蒸干溶剂后得到掺镓氧化锌纳米粒子，掺镓氧化锌纳米粒子的直径为3nm，最终产物的X射线衍射图如图1。
实施例2
将0.3mmol硫酸锌、0.05mmol氯化镓加入反应管，加入15mmol油胺，加热至100℃；另一反应管加入5mmol油胺，加热至120℃。将此溶液加入至金属盐溶液中，升温至200℃。24小时。将得到的产物溶于3.8ml乙二醇，8000rpm下离心10分钟，取下层沉淀，加入2.5ml四氯乙烯，7000rpm下离心5分钟，取上层清液，加入0.1ml油胺和2.5ml乙二醇，8000rpm下离心10min后取下层沉淀，蒸干溶剂后得到掺镓氧化锌米粒子，掺镓氧化锌纳米粒子的直径为8nm，最终产物的X射线衍射图，如图2所示。
实施例3
将0.3mmol醋酸锌、0.06mmol醋酸镓加入反应管，加入6mmol油胺和6mmol十八烯，加热至200℃；另一反应管加入6mmol油胺，加热至100℃。将此溶液注入至金属盐溶液中，升温至350℃10小时。将得到的产物溶于2.85ml乙二醇，8000rpm下离心10分钟，取下层沉淀，加入2.5ml正己烷，7000rpm下离心5分钟，取上层清液，加入0.1ml油胺和2.5ml乙二醇，8000rpm下离心10min后取下层沉淀，蒸干溶剂后得到掺镓氧化锌纳米粒子，所述掺镓氧化锌纳米粒子的直径为50nm，最终产物的X射线衍射图，如图3所示。
实施例4
将0.25mmol氯化锌、0.05mmol溴化镓加入反应管，加入2.5mmol油胺和2.5mmol十八烯，加热至150℃；另一反应管加入7.5mmol油胺，加热至120℃。将此溶液注入至金属盐溶液中，升温至400℃4小时。将得到的产物溶于2.5ml甲醇，8000rpm下离心10分钟，取下层沉淀，加入2.5ml正己烷，7000rpm下离心5分钟，取上层清液，加入0.1ml油胺和2.5ml二甲苯，8000rpm下离心10分钟后取下层沉淀，蒸干溶剂后得到掺镓氧化锌纳米粒子，掺镓氧化锌纳米粒子的直径为20nm，最终产物的X射线衍射图，如图4所示。
实施例5
将0.25mmol醋酸锌、0.05mmol辛酸镓加入反应管，加入7.5mmol油胺，加热至220℃；另一反应管加入2.5mmol油胺，加热至200℃。将此溶液注入至金属盐溶液中，升温至250℃16小时。将得到的产物溶于3.2ml叔丁醇，8000rpm下离心10分钟，取下层沉淀，加入2.5ml二氯甲烷，7000rpm下离心5分钟，取上层清液，加入0.1ml油胺和2.5ml叔丁醇，8000rpm下离心10min后取下层沉淀，蒸干溶剂后得到掺镓氧化锌纳米粒子，所述掺镓氧化锌纳米粒子的直径为11nm，最终产物的X射线衍射图，如图5所示。
Claims (10)
1.一种掺镓氧化锌纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，取二价锌盐，三价镓盐加入溶剂并加热；
步骤二，取表面活性剂并加热；
步骤三，将步骤一中的溶液注入步骤二的溶液中，升温，纯化产物，得掺镓氧化锌纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的掺镓氧化锌纳米粒子的制备方法，其特征是，步骤一中，所述二价锌盐为乙酰丙酮锌、氯化锌、硫酸锌或醋酸锌。
3.根据权利要求1所述的掺镓氧化锌纳米粒子的制备方法，其特征是，步骤一中，所述锡盐为氯化镓、醋酸镓、辛酸镓或溴化镓。
4.根据权利要求1所述的掺镓氧化锌纳米粒子的制备方法，其特征是，步骤一中，所述溶剂为油胺、十八烯。
5.根据权利要求1所述的掺镓氧化锌纳米粒子的制备方法，其特征是，步骤一中，二价锌盐∶三价镓盐摩尔比＝(4.5～6.2)∶(1～1.2)。
6.根据权利要求1所述的掺镓氧化锌纳米粒子的制备方法，其特征是，步骤三中，所述纯化具体为：将产物溶于有机溶剂A中，离心，取下层沉淀，再向沉淀中加入有机溶剂B，离心，取上清液，向上清中加入油胺和有机溶剂A，离心后取下层沉淀，烘干，得到掺镓氧化锌纳米粒子。
7.根据权利要求6所述的掺镓氧化锌纳米粒子的制备方法，其特征是，所述有机溶剂A和有机溶剂B各自独立地选自以下不为同一的物质中的一种：甲醇、乙醇、乙二醇、正戊醇、正丁醇、叔丁醇、二甲苯、正己烷、三氯乙烯、四氯乙烯、氯仿和二氯甲烷。
8.根据权利要求1所述的掺镓氧化锌纳米粒子的制备方法，其特征是，步骤一中，所述溶剂的加入量为二价锌盐总量摩尔数的5～50倍。
9.根据权利要求1所述的掺镓氧化锌纳米粒子的制备方法，其特征是，步骤一、二、三中，所述加热具体为：100～500℃加热1～24小时。
10.根据权利要求1所述的掺镓氧化锌纳米粒子的制备方法，其特征是，步骤三中，所述掺镓氧化锌纳米粒子的直径为3～50nm。
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