CN102443390A

CN102443390A - 一种氧化锌基红光纳米材料的制备方法

Info

Publication number: CN102443390A
Application number: CN2011102978316A
Authority: CN
Inventors: 张跃; 赵婧; 闫小琴
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2012-05-09

Abstract

本发明属于纳米材料领域，涉及一种钴掺杂氧化锌红色发光纳米材料的制备方法。具体工艺为：(1)将醋酸锌与醋酸钴按摩尔比例混合，溶入无水乙醇；(2)将氢氧化钠的乙醇溶液滴入上述混合溶液，并不断搅拌，直至形成稳定的蓝色溶液；(3)向上述混合溶液中加入聚乙二醇400，倒入反应釜，在140℃保温16个小时；(4)将反应釜内的沉淀物取出，用去离子水清洗8至10遍，干燥后得到钴掺杂氧化锌纳米棒。用拉曼光谱仪测试不同钴掺杂含量的氧化锌纳米样品的光致发光谱，发现随着钴掺杂含量的提高，687nm处的红光峰显著增强。

Description

一种氧化锌基红光纳米材料的制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料领域，涉及制备发射红色荧光的氧化锌纳米材料的方法，尤其是通过钴掺杂得到在红光波段发光的氧化锌纳米材料的方法。

背景技术

ZnO是宽禁带（3.37 eV）直接带隙半导体材料，具有激子复合能高（60 meV）、量子发光效率高、生长温度低、价格低廉等优点，是一种重要的发光材料。因为纯ZnO受到激发会发射紫外光和绿光，所以目前对于ZnO发光材料的研究主要集中在紫、蓝、绿光发光二极管、激光器和紫外探测器等方面，而很少有其作为红光发光材料的研究。

传统的红光和近红外光二极管是采用铝砷化镓(AlGaAs)作为发光材料的，其原料价格昂贵，生产成本高，因此研究者们一直致力于制造出更经济的红光发光材料。朱丽萍等人在2005年通过锂、铒两种元素共同掺杂制备出了可以发射近红外光的ZnO薄膜。之后陈学元等人又通过在ZnO中掺杂三价稀土元素铒，得到了在室温下发红光（614nm）的ZnO纳米材料。但由于铒离子（Er³⁺）固溶度低，而且受浓度猝灭的影响较大，导致铒掺杂的ZnO发光效率很低，很难进行实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以氧化锌为基质，掺杂元素为非稀土元素的红色荧光材料。

本发明的钴掺杂制备氧化锌基红光纳米材料的方法包括以下步骤：

(1)将醋酸锌与醋酸钴按摩尔比例混合，溶入无水乙醇；其中醋酸钴与醋酸锌的摩尔比例应小于或等于1:20。

(2)将氢氧化钠的乙醇溶液滴入步骤(a)制备的混合溶液（氢氧化钠浓度为0.7-0,9mol/L；滴入速度为1-3ml/minute），并不断搅拌，直至形成稳定的蓝色溶液；

(3)将步骤(2)制备的混合溶液和液态的聚乙二醇400按照4:1的体积比混合，倒入高温高压反应釜（填充度为75~80%），并密封，在140℃保温16个小时；

(4)将步骤(3)中反应釜内的沉淀物取出，用去离子水清洗8至10遍，干燥后得到钴掺杂氧化锌纳米棒。

所述方法制备的氧化锌基红光纳米发光材料，可以通过改变钴的掺杂含量调控氧化锌红光发射的强度。当氧化锌中钴掺杂含量约为5%时，红光发射强度达到最大值。本发明中钴掺杂在5%以下时为有效掺杂，继续加大掺杂含量会使样品中出现第二相：四氧化三钴。

本发明的优点在于：

1．采用非稀土离子Co²⁺代替Er³⁺作为掺杂离子获得氧化锌基的红光材料，降低了原料成本。

2．制备出的钴掺杂氧化锌纳米棒形貌均一、结晶性良好、掺杂元素分部均匀。

3．制备出的钴掺杂氧化锌纳米材料在室温下有很高的红光发射效率，采用325nm波长的激光激发时，红光峰与氧化锌本征峰的强度比可以达到1:1。

本发明采用水热法制备出了可发射红光的钴掺杂ZnO基纳米材料，进一步降低了生产成本，并通过调节掺杂浓度，提高了其在室温下的红光发光效率。

附图说明

图1 是5%Co掺杂ZnO纳米棒的透射电镜图；

图2 是5%Co掺杂ZnO纳米棒的EDS能谱分析。

图3是1%-5%Co掺杂ZnO纳米棒的光致发光谱。

具体实施方式

下面结合具体例子对本发明的技术方案进行说明：

实施例1：

取5mmol的醋酸锌（Zn(Ac)₂·2H₂O）和0.25mmol的醋酸钴（Co(Ac)₂·4H₂O）溶入100ml无水乙醇中后，向此溶液中滴加40ml氢氧化钠的乙醇溶液(氢氧化钠浓度为0.8mol/L；滴入速度为2ml/minute），滴加的同时不断进行搅拌，直至溶液变成稳定的蓝色。最后加入35ml的聚乙二醇，稍作搅拌后，将上述溶液移入高温高压反应釜（以填充度75%-80%为标准）。将反应釜密封，置于140℃的环境中，保温16个小时后取出，移去反应釜内的废液，取其中的沉淀物，用去离子水清洗8至10遍，干燥后得到的绿色粉末即为钴掺杂含量为5%的氧化锌纳米棒。其透射电镜形貌和EDS能谱分析如图1、图2所示。

实施例2：

取5mmol的醋酸锌（Zn(Ac)₂·2H₂O）和0.125mmol的醋酸钴（Co(Ac)₂·4H₂O）溶入100ml无水乙醇中后，向此溶液中滴加40ml氢氧化钠的乙醇溶液(氢氧化钠浓度为0.8mol/L；滴入速度为2ml/minute），滴加的同时不断进行搅拌，直至溶液变成稳定的蓝色。最后加入35ml的聚乙二醇，稍作搅拌后，将上述溶液移入高温高压反应釜（以填充度75%-80%为标准）。将反应釜密封，置于140℃的环境中，保温16个小时后取出，移去反应釜内的废液，取其中的沉淀物，用去离子水清洗8至10遍，干燥后得到的绿色粉末即为钴掺杂含量为2.5%的氧化锌纳米棒。

实施例3：

取5mmol的醋酸锌（Zn(Ac)₂·2H₂O）和0.05mmol的醋酸钴（Co(Ac)₂·4H₂O）溶入100ml无水乙醇中后，向此溶液中滴加40ml氢氧化钠的乙醇溶液(氢氧化钠浓度为0.8mol/L；滴入速度为2ml/minute），滴加的同时不断进行搅拌，直至溶液变成稳定的蓝色。最后加入35ml的聚乙二醇，稍作搅拌后，将上述溶液移入高温高压反应釜（以填充度75%-80%为标准）。将反应釜密封，置于140℃的环境中，保温16个小时后取出，移去反应釜内的废液，取其中的沉淀物，用去离子水清洗8至10遍，干燥后得到的绿色粉末即为钴掺杂含量为1%的氧化锌纳米棒。

用325nm波长的激光器对实施例1、实施例2和实施例3中不同钴掺杂含量氧化锌纳米棒进行激发，所得的发射光谱图如图3所示，其在红光波段（687nm处）有明显的发光峰。结果表明，本发明可制备出性能良好的氧化锌基红光材料。

Claims

1.一种氧化锌基红光纳米材料的制备方法，其特征在于：

(1)称取适量的醋酸钴与醋酸锌，将其混合后溶入无水乙醇；其中醋酸钴与醋酸锌的摩尔比例应小于或等于1:20；

(2)将氢氧化钠的乙醇溶液滴入步骤(1)制备的混合溶液氢氧化钠浓度为0.7-0.9mol/L；滴入速度为1-3ml/minute，并不断搅拌，直至形成稳定的蓝色溶液；

(3)将步骤(2)制备的混合溶液和液态的聚乙二醇400按照4:1的体积比混合，倒入高温高压反应釜，填充度为75~80%，并密封，在140℃保温16个小时；

(4)将步骤(3)中反应釜内的沉淀物取出，用去离子水清洗8至10遍，干燥后即得到钴掺杂含量小于或等于5%的氧化锌纳米棒。

2.如权利要求1所述一种氧化锌基红光纳米材料的制备方法，其特征是通过改变钴的掺杂含量调控氧化锌红光发射的强度，当氧化锌中钴掺杂含量为5%时，红光发射强度达到最大值。