CN102583275B - 一种醇热法制备的GaN纳米晶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种醇热法制备的GaN纳米晶及其制备方法。将前驱物Ga(H2NCONH2)6Cl3置于聚四氟乙烯反应釜中，同时加入醇类溶剂，并用氮气排除聚四氟乙烯反应釜中的空气，然后置于140-200℃下恒温1-7天，让前驱物在高压下分解形成GaN纳米晶。本发明能够制备物相纯净的GaN纳米晶，且产率较高。该制备方法具有方法简单、条件温和、成本低、便于大批量制备高质量GaN纳米晶等优点。
Description
技术领域
本发明属于醇热法领域，具体涉及一种醇热法制备的GaN纳米晶及其制备方法。
背景技术
GaN具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好（几乎不被任何酸腐蚀）等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。所以，GaN材料的研究与应用已成为目前全球半导体研究的前沿和热点。由于在异质衬底上生长 GaN时存在晶格常数与热膨胀系数两方面的失配及缺陷密度较大等原因而导致器件发光效率降低、寿命变短。因此在 GaN单晶上生长同质外延已成为一种发展趋势。同质外延生长时要求高质量、单相的 GaN粉末源作为前体材料，因而制备氮化镓粉末成为当前一个重要的研究课题。此外，纳米GaN在量子点发光、太阳能发电和光催化等方面也有良好的应用前景。目前，国内外已通过金属有机化学气相沉积法、反应激光烧蚀法、化学气相法、溶胶凝胶法、固相热分解法、苯热法、水热法等方法制备出不同尺寸的GaN纳米晶体。其中金属有机化学气相沉积法，反应激光烧蚀法以及化学气相法所需设备较昂贵，工艺较复杂而且产率较低。苯热法制备采用较昂贵的Li3N做原料，且制备过程需在无水无氧条件下进行，制备温度也较高，需在280℃下进行。采用水热法制备，要采用毒性强的白磷、N2H2H2O、三甲胺等做还原剂，且所得到的GaN纳米晶中含有其它杂质相。所以，本发明采用醇热法制备GaN纳米晶，解决了以往GaN纳米晶制备需要昂贵设备、有毒试剂的问题，可在温和条件下制备获得晶粒小、物相纯净的六方纤锌矿GaN纳米晶体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种醇热法制备的GaN纳米晶及其制备方法，本发明能够制备物相纯净的GaN纳米晶体，且产率较高。该制备方法简单，条件温和，成本低，便于大批量制备高质量的GaN纳米晶体。解决一般制备方法中步骤繁琐，对温度以及设备等客观条件要求苛刻等问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种醇热法制备的GaN纳米晶是由醇热法分解前驱物Ga(H2NCONH2)6Cl3制备得到的。
一种醇热法制备的GaN纳米晶的制备方法是将前驱物Ga(H2NCONH2)6Cl3置于聚四氟乙烯反应釜中，同时加入醇类溶剂，并用氮气排除聚四氟乙烯反应釜中的空气，然后拧紧，将反应釜置于140-200℃温度下恒温1-7天，冷却至室温后，反应釜内衬底部出现淡黄色沉淀，即所述的GaN纳米晶。
往反应釜中加入前驱物Ga(H2NCONH2)6Cl3的质量与反应釜的体积比为1.2g/100mL，所加入醇类溶剂的体积与聚四氟乙烯内衬的体积比为2：3。
所述的醇类溶剂为乙醇、甲醇、乙二醇、异丙醇中的一种。
本发明的醇热法除了具有可以大批量制备的优点外，还具有如下几种独特的优点：1）能够在温和条件下制备出晶粒小的GaN纳米晶，制备的过程简单，降低了制备的成本；2）制备过程中无有害物质，绿色环保；3）制备GaN纳米晶体的原材料价格低廉，简单易得，而且所获产率较高。
附图说明
图1是醇热法制备GaN纳米晶反应装置（聚四氟乙烯内衬）。
图2是不锈钢高压反应釜外衬。
其中1聚四氟乙烯内衬盖； 2聚四氟乙烯内衬瓶； 3不锈钢反应釜盖； 4不锈钢反应釜瓶； 5不锈钢反应釜上托垫； 6不锈钢反应釜底座垫。
图3是实施例1得到的GaN纳米晶体的XRD粉末衍射图。
图4是实施例1得到的GaN纳米晶体的的透射电镜图。
图5是实施例2得到的GaN纳米晶体的XRD粉末衍射图。
图6是实施例2得到的GaN纳米晶体的的透射电镜图。
图7是实施例3得到的GaN纳米晶体的XRD粉末衍射图。
图8是实施例3得到的GaN纳米晶体的的透射电镜图。
图9是实施例4得到的GaN纳米晶体的XRD粉末衍射图。
具体实施方式
本发明可以具体实施如下：
将前驱物Ga(H2NCONH2)6Cl3和乙醇分别加入到聚四氟乙烯内衬中，加入适量乙醇后将1,2封闭，放入反应釜4中，将底座垫6和顶部托垫5分别垫好，铺匀，将3和4紧密封闭。将反应釜置于140～200℃下恒温1～7天。冷却至室温后，反应釜内衬底部出现淡黄色沉淀。将沉淀置于在70℃下烘干2h，即可得淡黄色GaN纳米晶粉末。
在以上本发明的具体实施中，往反应釜中加入的原料Ga(H2NCONH2)6Cl3前驱物的质量与反应釜的体积比约为1.2g/100mL，所加入乙醇的体积与聚四氟乙烯内衬的体积比V乙醇/V衬为2/3。
需要指出的是，在上述醇热法制备的GaN纳米晶的方法中，除了采用乙醇做溶剂外，还可以采用甲醇、乙二醇、异丙醇等其他醇类试剂。
为了更详细的说明本发明，下面列举了不同前驱物的量，加热温度，恒温时间等反应条件来进行制备的具体实施例子。
实施例1
将大约0.3g的前驱物Ga(H2NCONH2)6Cl3放入体积为25ml的聚四氟乙烯反应釜中，加入约16ml无水乙醇，然后用氮气排除反应釜内剩余体积内的空气并密封，装入不锈钢反应釜中。将其置入鼓风干燥箱内，在140℃下恒温3天。冷却至室温后，反应釜内衬底部出现淡黄色沉淀。将沉淀置于在70℃下烘干2h，即可得淡黄色GaN纳米晶粉末，产率约65%。采用XRD粉末衍射（如附图3）和透射电镜（如附图4）测试表明，所制备的纳米粉末为纯净的六方纤锌矿GaN，平均晶粒尺寸约为2.9nm。
实施例2
将大约0.3g的前驱物Ga(H2NCONH2)6Cl3放入体积为25ml的聚四氟乙烯反应釜中，加入约16ml无水乙醇，然后用氮气排除反应釜内剩余体积内的空气并密封，装入不锈钢反应釜中。将其置入鼓风干燥箱内，在160℃下分别恒温1天。冷却至室温后，反应釜内衬底部出现淡黄色沉淀。将沉淀置于在70℃下烘干2h，即可得淡黄色GaN纳米晶粉末，产率约63%。采用XRD粉末衍射（如附图5）和透射电镜（如附图6）测试表明，所制备的纳米粉末为纯净的六方纤锌矿GaN，平均晶粒尺寸约为3.0nm。
实施例3
将大约0.3g的前驱物Ga(H2NCONH2)6Cl3放入体积为25ml的聚四氟乙烯反应釜中，加入约16ml无水乙醇，然后用氮气排除反应釜内剩余体积内的空气并密封，装入不锈钢反应釜中。将其置入鼓风干燥箱内，在160℃下分别恒温7天。冷却至室温后，反应釜内衬底部出现淡黄色沉淀。将沉淀置于在70℃下烘干2h，即可得淡黄色GaN纳米晶粉末，产率约55%。采用XRD粉末衍射（如附图7）和透射电镜（如附图8）测试表明，所制备的纳米粉末为纯净的六方纤锌矿GaN，平均晶粒尺寸约为4.0 nm。
实施例4
分别将大约0.3g的前驱物Ga(H2NCONH2)6Cl3放入体积为25ml的聚四氟乙烯反应釜中，加入约16ml无水乙醇，然后用氮气排除反应釜内剩余体积内的空气并密封，装入不锈钢反应釜中。将其置入鼓风干燥箱内，在200℃下恒温3天。冷却至室温后，反应釜内衬底部出现淡黄色沉淀。将沉淀置于在70℃下烘干2h，即可得淡黄色GaN纳米晶粉末，产率约60%。采用XRD粉末衍射（如附图9）测试表明，所制备的纳米粉末主要是六方纤锌矿GaN相，除此之外，在2θ=22.8°存在一个杂质相的衍射峰，说明纳米粉末含有少量杂质。纳米粉末的平均晶粒尺寸约为4.0nm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (3)
1.一种醇热法制备GaN纳米晶的方法，其特征在于：所述的GaN纳米晶是由醇热法分解前驱物Ga(H2NCONH2)6Cl3制备得到的；
将前驱物Ga(H2NCONH2)6Cl3置于聚四氟乙烯反应釜中，同时加入醇类溶剂，并用氮气排除聚四氟乙烯反应釜中的空气，然后拧紧，将反应釜置于140-200℃温度下恒温1-7天，冷却至室温后，反应釜内衬底部出现淡黄色沉淀，即所述的GaN纳米晶。
2.根据权利要求1所述的醇热法制备GaN纳米晶的方法，其特征在于：往反应釜中加入前驱物Ga(H2NCONH2)6Cl3的质量与反应釜的体积比为1.2g/100mL，所加入醇类溶剂的体积与聚四氟乙烯内衬的体积比为2：3。
3.根据权利要求1所述的醇热法制备GaN纳米晶的方法，其特征在于：所述的醇类溶剂为乙醇、甲醇、乙二醇、异丙醇中的一种。
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