CN109970097A - 一种纳米氧化锌的制备方法及所制备的纳米氧化锌及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米氧化锌的制备方法，首先按质量比2~4:1称取锌粉和二氧化硅粉，混合后放在石英板上作为锌源，然后（b）采用Si（100）或Si（111）作为衬底，并预先在所述衬底上铺设锌层，并将具有锌层的衬底放在所述石英板上，在将石英板放入反应炉中；用氮气吹扫并调节氮气流量，然后升温至600~700°C，向反应炉通入氮气和氧气的混合气，恒温反应，然后停止加热并打开炉盖使温度骤降至室温。该方法所用设备简单，不需使用催化剂和抽真空，反应条件容易操控和实现，所制备的纳米氧化锌纯度高，并且具有自组装的树状结构。

Description

一种纳米氧化锌的制备方法及所制备的纳米氧化锌及其用途
技术领域
本发明属于半导体纳米材料领域，具体而言涉及一种纳米氧化锌的制备方法及所制备的纳米氧化锌及其用途。
背景技术
纳米结构的ZnO具有独特的物理化学性质，可应用于太阳能电池、气体传感器以及纳米发电器等方面。纳米氧化锌制备方法较多，包括固相法、液相法和气相法。常见的气相法有碳热还原法（该方法采用ZnO和C为锌源，反应温度较高，800 ~ 1100°C）、金属有机化学气相沉积法（采用乙酰丙酮锌水合物、乙基锌金属有机物为锌源，易引入杂质），锌粉直接蒸发法等。其中锌粉直接蒸发法以纯锌粉作为锌源，反应温度为400~700℃，因此反应条件温度且不易引入杂质，制备出的产物纯度较高。
直接蒸发锌粉法可制备线状、棒状、带状、梳子状等多种形貌的纳米氧化锌。不同形貌的氧化锌具有不同的性质和应用。为了制备所需的形貌，特别是多级结构，制备过程中一般需要抽真空，并加入催化剂。因此，在常压、无催化剂条件下制备多级纳米氧化锌具有一定的经济价值。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种纳米氧化锌的制备方法，该方法所用设备简单，不需使用催化剂和抽真空，反应条件容易操控和实现，所制备的纳米氧化锌纯度高，并且具有自组装的树状结构。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种纳米氧化锌的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（a）按质量比2~4:1称取锌粉和二氧化硅粉，混合后放在石英板上作为锌源；
（b）采用Si（100）或Si（111）作为衬底，并预先在所述衬底上铺设锌层，并将具有锌层的衬底放在所述石英板上距离所述锌源1~5毫米的上游位置，然后将石英板放入反应炉中；
（c）用氮气吹扫反应炉使炉内无氧气残留，然后调节氮气流量为200~600sccm，以50~200°C/min的升温速率升温至600~700°C，然后按体积比0.1~ 1:100、总流量200~600sccm向反应炉通入氮气和氧气的混合气，恒温反应30~60 min，停止加热并保持通入所述混合气，打开炉盖使温度骤降至室温。
优选的，通过磁控溅射的方式在所述彻底表面铺设所述锌层，所述衬底剪切成长度为1~2cm的正方形。
优选的，所述反应炉为水平管式炉，采用红外灯管加热，水平管式炉的炉管为高纯石英管，管径40~50mm，长度1~1.2m。
本发明的另一个目的是提供一种纳米氧化锌，其通过上述方法制备，结构首先由氧化锌颗粒形成纳米针，然后由纳米针组装成试管刷状，再由试管刷组装成树状结构。
上述纳米氧化锌可以应用于紫外发射器的制备。
本发明的有益效果是：在Zn粉中掺入SiO2粉，可改善锌粉凝结成块的现象，在衬底表面预先磁控溅射出锌层，在加热反应阶段衬底上的锌首先被氧化成氧化锌，可以到晶体种子的作用，本发明使用简单的水平管式炉，在未抽真空，未使用催化剂的条件下直接蒸发锌粉，制备出了文献未见报道的树状多级氧化锌结构，所制备的产品纯度高，室温光致发光谱图中只有强而窄的紫外发射峰，说明产品没有缺陷，可用于紫外发射器的制备等方面。
附图说明
图1为实施例1所得氧化锌的扫描电镜照片；
图2为图1的放大图；
图3为实施例1所得氧化锌的室温光致发光谱图；
图4为实施例2所得氧化锌的扫描电镜照片；
图5为图4的放大图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，以下按物质的量计：
实施例1
（1）称取质量比为2:1的锌粉和二氧化硅粉，作为锌源。
（2）衬底采用1cm×1cm磁控溅射了锌层的Si（100），放在距离锌源1毫米的上游位置。然后将放置了锌源和硅衬底的石英板放到反应炉的中心恒温区。
（3）管式炉的炉管为高纯石英管，管径40mm，长度1m。
（4）先用氮气吹扫反应炉 25 min至无氧气残留，调节氮气至200sccm，以50°C•min-1升温速率快速升温至600°C。当温度达到设定温度时，打开氧气阀，让氮气和氧气以体积比0.1:100通入反应炉，总流量200sccm，保持恒温反应60 min。恒温反应结束后，继续通氧气和氮气，并打开炉盖让温度骤降。
所得产品的扫描电镜如图1和图2所示，由图可见，首先由纳米氧化锌颗粒形成纳米针，然后纳米针线组装成“试管刷”状结构，再由“试管刷”组装成树状结构。该树状结构的室温光致发光谱图如图3所示，由谱图可见，只有强而窄的紫外发射峰，说明所制备的产品没有缺陷，可用于紫外发射器等方面。
实施例2
（1）称取质量比为4:1的锌粉和二氧化硅粉，作为锌源。
（2）衬底采用2cm×2cm磁控溅射了锌层的Si（111），放在距离锌源5毫米的上游位置。然后将放置了锌源和硅衬底的石英板放到反应炉的中心恒温区。
（3）管式炉的炉管为高纯石英管，管径50mm，长度1.2m。
（4）先用氮气吹扫反应炉 30 min至无氧气残留，调节氮气至600sccm，以200°C•min-1升温速率快速升温至700°C。当温度达到设定温度时，打开氧气阀，让氮气和氧气以体积比1:100通入反应炉，总流量600sccm，保持恒温反应30 min。恒温反应结束后，继续通氧气和氮气，并打开炉盖让温度骤降至室温。）
所得产品的扫描电镜如图4和图5所示，由图可见，首先由纳米氧化锌颗粒形成纳米针，然后纳米针线组装成“试管刷”状结构，再由“试管刷”组装成树状结构。该树状结构的室温光致发光谱图与图3类似，也可也用于制备紫外发射器。
实施例3：
（1）称取质量比为3:1的锌粉和二氧化硅粉，作为锌源。
（2）衬底采用1.5cm×1.5cm磁控溅射了锌层的Si（100），放在距离锌源3毫米的上游位置。然后将放置了锌源和硅衬底的石英板放到反应炉的中心恒温区。
（3）管式炉的炉管为高纯石英管，管径45mm，长度1.1m。
（4）先用氮气吹扫反应炉 28 min至无氧气残留，调节氮气至400sccm，以100°C•min-1升温速率快速升温至650°C。当温度达到设定温度时，打开氧气阀，让氮气和氧气以体积比0.5:100通入反应炉，总流量400sccm，保持恒温反应40 min。恒温反应结束后，继续通氧气和氮气，并打开炉盖让温度骤降。
所得产品的形貌与室温光致发光效果与实施例1和2类似，也可以用于制备紫外发射器。
本实施例只是对本发明构思和实现的说明，并非对其进行限制，在本发明构思下，未经实质变换的技术方案仍然在保护范围内。

Claims (5)

1.一种纳米氧化锌的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（a）按质量比2~4:1称取锌粉和二氧化硅粉，混合后放在石英板上作为锌源；
（b）采用Si（100）或Si（111）作为衬底，并预先在所述衬底上铺设锌层，并将具有锌层的衬底放在所述石英板上距离所述锌源1~5毫米的上游位置，然后将石英板放入反应炉中；
（c）用氮气吹扫反应炉使炉内无氧气残留，然后调节氮气流量为200~600sccm，以50~200°C/min的升温速率升温至600~700°C，然后按体积比0.1~ 1:100、总流量200~600sccm向反应炉通入氮气和氧气的混合气，恒温反应30~60 min，停止加热并保持通入所述混合气，打开炉盖使温度骤降至室温。
2.如权利要求1所述的纳米氧化锌的制备方法，其特征在于，通过磁控溅射的方式在所述彻底表面铺设所述锌层，所述衬底剪切成长度为1~2cm的正方形。
3.如权利要求1所述的纳米氧化锌的制备方法，其特征在于，所述反应炉为水平管式炉，采用红外灯管加热，水平管式炉的炉管为高纯石英管，管径40~50mm，长度1~1.2m。
4.一种纳米氧化锌，其特征在于通过如权利要求1、2或3所述的纳米氧化锌的制备方法制成，其结构首先由氧化锌颗粒形成纳米针，然后由纳米针组装成试管刷状，再由试管刷组装成树状结构。
5.如权利要求4所述的纳米氧化锌在制备紫外发射器中的应用。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1587061A (zh) * 2004-08-26 2005-03-02 复旦大学 纳米氧化锌的溶胶凝胶低温制备工艺
CN1858001A (zh) * 2005-04-29 2006-11-08 南京大学 真空限氧法制备不同形貌氧化锌的方法
CN102162129A (zh) * 2011-04-02 2011-08-24 上海电机学院 一种p型氧化锌纳米棒阵列的制备方法
CN103303967A (zh) * 2012-03-08 2013-09-18 国家纳米科学中心 一种塔形层状氧化锌纳米棒及其制备方法和应用
US9309128B2 (en) * 2009-04-14 2016-04-12 Institute Of Geological And Nuclear Sciences Limited Zinc oxide nanostructures and sensors using zinc oxide nanostructures
CN105836791A (zh) * 2016-04-11 2016-08-10 中国石油大学(华东) 一种富Zn晶胚诱导二次生长制备ZnO分级纳米结构的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1587061A (zh) * 2004-08-26 2005-03-02 复旦大学 纳米氧化锌的溶胶凝胶低温制备工艺
CN1858001A (zh) * 2005-04-29 2006-11-08 南京大学 真空限氧法制备不同形貌氧化锌的方法
US9309128B2 (en) * 2009-04-14 2016-04-12 Institute Of Geological And Nuclear Sciences Limited Zinc oxide nanostructures and sensors using zinc oxide nanostructures
CN102162129A (zh) * 2011-04-02 2011-08-24 上海电机学院 一种p型氧化锌纳米棒阵列的制备方法
CN103303967A (zh) * 2012-03-08 2013-09-18 国家纳米科学中心 一种塔形层状氧化锌纳米棒及其制备方法和应用
CN105836791A (zh) * 2016-04-11 2016-08-10 中国石油大学(华东) 一种富Zn晶胚诱导二次生长制备ZnO分级纳米结构的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
田会娟: "钉状ZnO纳微结构的生长机理研究", 《化工新型材料》 *
田会娟: "锌源对纳米氧化锌形貌和光致发光性能的影响", 《化工新型材料》 *

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