Zn<sub>2.33</sub>Sb<sub>0.67</sub>O<sub>4</sub>原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的製備方法
2023-06-17 15:06:11
專利名稱：Zn2.33Sb0.67O4原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的製備方法
技術領域：
本發明屬於微納米氧化物半導體異質結構製備領域，特別涉及一種包覆 ZnO纖維異質結構的方法。
背景技術：
目前眾多文獻表明，經過摻雜的ZnO或ZnO與其它元素三元化合物的混 合物將會不同程度地提高其氣敏、光電等性能，B丄.Zhua等人對Sb-Zn-0薄 膜進行測試分析，實驗結果證明當ZnO薄膜出現ZnSb206及Zn2.33Sb。.6704新 相時，其壓電性能及氣敏性能得到較大的提高(B丄.Zhu， C.S. Xie， A.H. Wang, Electrical conductivity and gas sensitivity of Zn-Sb-O thick films, Materials Research Bulletin, 2004， 39， 409~415)。但是用Zn2.33Sbo.6704原位生長包覆具 有ZnO纖維的製備方法及性能研究還未見報導。
發明內容
本發朋所要解決的技術問題是為了解決現有方法得到的Zn2.33Sbo.6704-ZnO微納米結構中Zn2.33Sba6704和ZnO分布不均勻及異質結構不明顯的問題， 提供了一種2112.33813.6704原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的製備方法。
本發明Zn2.33Sb。.6704原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的製備方法如 下 一、將ZnO和Sb23按2: 1質量比在轉速為150~200r/min的球磨機中研 磨3 5h，然後加入活性炭得到混合物，其中活性炭與ZnO的質量比為1: 1; 二、將步驟一得到的混合物裝入石英舟，然後將石英舟放入管式爐的中部，在 石英舟下遊5~10cm處平鋪基底材料，再封閉管式爐兩端，在管式爐內正壓為 15 20Pa的條件下將管式爐按照10 30°C/min升溫速率升溫至950~1050°C，然 後保溫15 25min，再洩掉爐內正壓，取出基底材料，即得到Zn2.33Sbo.6704原 位生長包覆ZnO纖維異質結構材料。步驟一中ZnO和Sb203的總質量與磨球 質量比為l: 10。步驟二所述的基底材料為單晶矽片或八1203。
本發明所得的產品為白色絨狀，徑向為ZnO纖維，軸向為密布包覆的 Zn2.33Sb,04八面體。本發明所得Zn2.33Sba6704原位生長包覆ZnO纖維異質結 構材料的成分為Zn2.33Sbo.6704和ZnO，異質結構明顯，沒有其它雜質，純度高。
圖1是具體實施方式
一所得Zn2.33SbQ.6704原位生長包覆ZnO纖維異質結
構材料的能譜分析圖。圖2是具體實施方式
一所得2112.338、.6704原位生長包覆
ZnO纖維異質結構材料中氧元素的能譜分析圖。圖3是具體實施方式
一所得 Zn2.33Sb。.6704原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料銻元素的能譜分析圖。圖4 是具體實施方式
一所得Zn2.33Sb。.6704原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料鋅 元素的能譜分析圖。圖5是具體實施方式
一所得Zn2.33Sba6704原位生長包覆 ZnO纖維異質結構材料的XRD分析圖。圖6是具體實施方式
一所得 Zn2.33Sba6704原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的TEM照片。圖7是圖6 中A部分衍射斑點照片。圖8是圖6中B部分衍射斑點照片。圖9是具體實 施方式二十一中溫度為850°C所得Zn2.33SbQ.6704原位生長包覆ZnO纖維異質結 構材料的SEM照片。圖10是具體實施方式
二H^ —中溫度為90(TC所得 Zn2.33Sba6704原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的SEM照片。圖11是具體 實施方式二十一中溫度為950°C所得Zn2.33SbQ.6704原位生長包覆ZnO纖維異質 結構材料的SEM照片)。圖12是具體實施方式
二十一中溫度為IOO(TC所得 Zn2.33Sbo.67O4原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的SEM照片。圖13是具體 實施方式二十二中Sb203加入量為0.4g所得Zn2.33Sbo.6704原位生長包覆ZnO 纖維異質結構材料的SEM照片。圖14是具體實施方式
二十二中Sb203加入量 為0.6g所得Zn2.33Sb,04原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的SEM照片。 圖15是具體實施方式
二十二中Sb2Cb加入量為0.8g所得Zn2.33Sb。.6704原位生 長包覆ZnO纖維異質結構材料的SEM照片。圖16是具體實施方式
二十二中 Sb203加入量為1.0g所得Zn2.33Sba6704原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的 SEM照片。圖17是具體實施方式
二十三中保溫時間為5min所得Zn2.33Sbo.6704 原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的SEM照片。圖18是具體實施方式
二 十三中保溫時間為10min所得Zn2.33SbG.6704原位生長包覆ZnO纖維異質結構 材料的SEM照片。圖19是具體實施方式
二十三中保溫時間為15min所得 21!2.33813,04原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的SEM照片。圖20是具體 實施方式二十三中保溫時間為20min所得2112.338、.6704原位生長包覆ZnO纖 維異質結構材料的SEM照片。圖21是具體實施方式
一中的電子衍射示意圖。
具體實施例方式
本發明技術方案不局限於以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方
4式間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式中Zn2.33Sb。.6704原位生長包覆ZnO纖維異 質結構材料的製備方法如下 一、將ZnO和Sb2Cb按2: 1質量比在轉速為 150~200r/min的球磨機中研磨3~5h，然後加入活性炭得到混合物，其中活性 炭與ZnO的質量比為l: 1; 二、將步驟一得到的混合物裝入石英舟，然後將 石英舟放入管式爐的中部，在石英舟下遊5 10cm處平鋪基底材料，再封閉管 式爐兩端，在管式爐內正壓為15 20Pa的條件下將管式爐按照10 30。C/min升 溫速率升溫至950 105(TC，然後保溫15 25min，再洩掉爐內正壓，取出基底 材料，即得到Zn2.33Sb,04原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料。
本實施方式中球磨機型號為PMQW2L，磨球直徑為1cm，磨球質材為瑪 瑙。ZnO和Sb203的總質量與磨球的質量比為1: 10。
本實施方式所得的產品為白色絨狀，徑向為ZnO纖維，軸向為密布包覆 的Zn2.33Sb。.6704八面體。ZnO纖維直徑約為50nm左右，沉積中期的 2112.33813.6704八面體尺寸約為80nm左右，沉積終期(20min) Zn2.33Sba6704尺 寸有所增加，約為300nm左右。
由圖1 (本實施方式所得2112.338、6704原位生長包覆ZnO纖維異質結構材 料的能譜分析圖)、圖2 (本實施方式所得Zii2.33Sba6704原位生長包覆ZnO纖
維異質結構材料中氧元素的能譜分析圖)、圖3 (本實施方式所得Zll2.33Sb。.6704
原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料銻元素的能譜分析圖)和圖4 (本實施方 式所得Zn2.33SbQ.6704原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料鋅元素的能譜分析 圖)可知，採用本實施方式所得的Zn2.33Sb,04原位生長包覆ZnO纖維異質 結構材料中含有氧元素、銻元素和鋅元素。
圖6是本實施方式所得Zn2.33SbQ.6704原位生長包覆ZnO纖維異質結構材 料的TEM照片，採用電子衍射基本公式計算得出圖7 (圖6中A部分衍射斑 點照片)為ZnO的衍射斑點照片，圖8 (圖6中B部分衍射斑點照片)為 Zn2.33Sb,04的衍射斑點照片。
本實施方式中電子衍射基本公式推導方法如下
設樣品至感光平面的距離為L (可稱為相機長度)，O'與P'的距離為R， 由圖21 (電子衍射示意圖)可知formula see original document page 6
將(1-2)代入布拉格方程(2dsin6-入)得
"d=R/L
Rd^入L (1-3)
式子(1-3)即為電子衍射基本公式，式中d-衍射晶面間距(nm)，入-入射電子波長(nm)，式中R與L以mm計。
由圖1-8可知採用本實施方式所得Zn2.33Sba6704原位生長包覆ZnO纖維異 質結構材料的成分為2112.338~.6704和2110，沒有其他雜質、純度高。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中球磨機 轉速為160~190r/min。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中球磨機 轉速為170~185r/min。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中球磨機 轉速為180r/min。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟一中混 合時間為4h。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
五不同的是步驟二所述的基 底材料為單晶矽片或Al203。其它與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中在石英 舟下遊6~9cm處平鋪基底材料。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中在石英 舟下遊7 8.5cm處平鋪基底材料。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一、二或六不同的是步驟二 中在石英舟下遊8cm處平鋪基底材料。其它與具體實施方式
一、二或六相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
九不同的是步驟二中管式爐 的升溫速率為15~25°C/min。其它與具體實施方式
九相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
一、二、六或十不同的是
步驟二中管式爐的升溫速率為20°C/min。其它與具體實施方式
一、二、六或十 相同。
具體實施方式
十二本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中管式 爐的升溫速率為23'C/min。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中管式 爐的升溫速率為22i:/min。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中管式 爐的升溫速率為18tVmin。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中管式 爐的溫度升溫至960 1040°C。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中管式 爐的溫度升溫至980~102(TC。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
十一不同的是步驟二中管 式爐的溫度升溫至100(TC。其它與具體實施方式
十一相同。
具體實施方式
十八本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中管式 爐保溫時間為16 24min。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十九本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中管式 爐保溫時間為18 23min。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十本實施方式與具體實施方式
一、二、六、十或十一不 同的是步驟二中管式爐保溫時間為20min。其它與具體實施方式
一、二、六、 十或十一相同。
具體實施方式
二H~—本實施方式中Zn2.33Sbo.6704原位生長包覆ZnO纖 維異質結構材料的製備方法如下 一、將ZnO和Sb203的總質量與磨球按照1: IO的質量比、在轉速為150r/min的球磨機中研磨、混合3h，然後加入活性炭 得到混合物；二、將步驟一得到的混合物裝入石英舟，然後將石英舟放入管式 爐的中部，在石英舟下遊5cm處平鋪基底材料，再封閉管式爐兩端，在管式 爐內正壓為15 20Pa的條件下將管式爐按照10 3(TC/min升溫速率分別升溫至 850°C、 900°C、 950。C或1000°C，然後保溫20min，再洩掉爐內正壓，取出基
底材料，即得到Ztl2.33Sb。.6704原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料；其中步驟一中ZnO與Sb203的質量比為2: 1，步驟一中活性炭與ZnO的質量比為1: 1。
通過圖9 (溫度為85(TC所得Zn2.33Sbo.6704原位生長包覆ZnO纖維異質結 構材料的SEM照片)、圖10 (溫度為90(TC所得Zn2.33SbQ.6704原位生長包覆 ZnO纖維異質結構材料的SEM照片)、圖ll (溫度為95(rC所得Zn2,33SbQ.6704 原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的SEM照片)和圖12 (溫度為1000°C 所得Zn2,33Sb,04原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的SEM照片)對比可
知，在溫度為100(rC的條件下Zn2,33Sb.6704的沉積量最大。
具體實施方式
二十二本實施方式中Zn2.33Sba6704原位生長包覆ZnO纖 維異質結構材料的製備方法如下 一、將2gZnO分別與0.4g、 0.6g、 0.8g或 l.Og Sb203混合後，將ZnO和Sb203的總質量與磨球按照1: 10的質量比、在 轉速為150r/min的球磨機中研磨、混合3h，然後加入2g活性炭得到混合物； 二、將步驟一得到的混合物裝入石英舟，然後將石英舟放入管式爐的中部，在 石英舟下遊5cm處平鋪基底材料，再封閉管式爐兩端，在管式爐內正壓為 2 3Pa的條件下將管式爐按照10~30°C/min升溫速率升溫至1000°C，然後保溫 20min，再洩掉爐內正壓，取出基底材料，即得到Zri2.33Sbo.6704原位生長包覆 ZnO纖維異質結構材料。
通過圖13 (Sb203加入量為0.4g所得2112.3381),04原位生長包覆ZnO纖 維異質結構材料的SEM照片)、圖14 (Sb203加入量為0.6g所得Zn2.33SbG.6704 原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的SEM照片)、圖15 (81 203加入量為 0.8g所得Zn2.33Sb。.6704原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的SEM照片)和 圖16 (Sb203加入量為l.Og所得Zn2.33Sbo.6704原位生長包覆ZnO纖維異質結 構材料的SEM照片)的對比可知Sb203的加入量至少為lg (即ZnO與Sb203 的質量比為2: l)時，所生成的Zri2.33Sbo.6704才能對Zno纖維進行密實的包覆。
具體實施方式
二十三本實施方式中Zn2.33SbQ.6704原位生長包覆ZnO纖 維異質結構材料的製備方法如下 一、將ZnO和Sb203的總質量與磨球按照1: 10的質量比、在轉速為150r/min的球磨機中研磨、混合3h，然後加入活性炭 得到混合物；二、將步驟一得到的混合物裝入石英舟，然後將石英舟放入管式 爐的中部，在石英舟下遊5cm處平鋪基底材料，再封閉管式爐兩端，在管式 爐內正壓為15~20Pa的條件下將管式爐按照10 30°C/min升溫速率升溫至
81000°C，然後分別保溫5min、 10min、 15min或20min ，再洩掉爐內正壓， 取出基底材料，即得到Zn2.33Sba6704原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料。
通過圖17(保溫時間為5min所得Zn2.33Sb,04原位生長包覆ZnO纖維異質 結構材料的SEM照片)、圖18(保溫時間為10min所得Zri2.33Sbo.6704原位生長 包覆ZnO纖維異質結構材料的SEM照片)、圖19(保溫時間為15min所得 Zn2,33Sb,04原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的SEM照片)和圖20(保溫 時間為20min所得Zn2.33Sb。.6704原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的SEM 照片)對比得出，隨著保溫時間的增長，具有八面體的Zn2.33Sb,04尺寸逐步 增加，Zn2.33SbG.6704- ZnO線型體系變粗。
權利要求
1、Zn2.33Sb0.67O4原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的製備方法，其特徵在於Zn2.33Sb0.67O4原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的製備方法如下一、將ZnO和Sb2O3按2∶1質量比在轉速為150～200r/min的球磨機中研磨3～5h，然後加入活性炭得到混合物，其中活性炭與ZnO的質量比為1∶1；二、將步驟一得到的混合物裝入石英舟，然後將石英舟放入管式爐的中部，在石英舟下遊5～10cm處平鋪基底材料，再封閉管式爐兩端，在管式爐內正壓為15～20Pa的條件下將管式爐按照10～30℃/min升溫速率升溫至950～1050℃，然後保溫15～25min，再洩掉爐內正壓，取出基底材料，即得到Zn2.33Sb0.67O4原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料。
2、 根據權利要求1所述的Zn2.33SbQ.6704原位生長包覆ZnO纖維異質結構 材料的製備方法，其特徵在於步驟一中ZnO和Sb203的總質量與磨球質量比為1: 10。
3、 根據權利要求1所述的Zn2.33Sb,04原位生長包覆ZnO纖維異質結構 材料的製備方法，其特徵在於步驟一中球磨機轉速為160~190r/min。
4、 根據權利要求1、 2或3所述的Zn2.33SbG.6704原位生長包覆ZnO纖維 異質結構材料的製備方法，其特徵在於步驟一中混合時間為4h。
5、 根據權利要求4所述的Zn2.33Sb,Q4原位生長包覆ZnO纖維異質結構 材料的製備方法，其特徵在於步驟二所述的基底材料為單晶矽片或A1203。
6、 根據權利要求l、 2、 3或5所述的Zri2.33Sb.6704原位生長包覆ZnO纖 維異質結構材料的製備方法，其特徵在於步驟二中在石英舟下遊8cm處平鋪 基底材料。
7、 根據權利要求6所述的Zn2.33Sba6704原位生長包覆ZnO纖維異質結構 材料的製備方法，其特徵在於步驟二中管式爐的升溫速率為15 25°C/min。
8、 根據權利要求l、 2、 3、 5或7所述的Zri2.33Sb。.6704原位生長包覆ZnO 纖維異質結構材料的製備方法，其特徵在於步驟二中管式爐的升溫速率為 20tVmino
9、 根據權利要求8所述的Zn2.33SbQ.6704原位生長包覆ZnO纖維異質結構 材料的製備方法，其特徵在於步驟二中管式爐的溫度升溫至IOO(TC。
10、 根據權利要求l、 2、 3、 5、 7或9所述的Zri2.33Sb.6704原位生長包覆 ZnO纖維異質結構材料的製備方法，其特徵在於步驟二中管式爐保溫時間為 20min。
全文摘要
Zn2.33Sb0.67O4原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料的製備方法，它涉及一種包覆ZnO纖維異質結構的方法。本發明解決了現有方法得到的Zn2.33Sb0.67O4-ZnO微納米結構中Zn2.33Sb0.67O4和ZnO分布不均勻及異質結構不明顯的問題。本發明方法如下將ZnO與Sb2O3在球磨機中研磨、混合、加入活性炭得到混合物，將混合物裝入石英舟，然後將石英舟放入管式爐的中部，在石英舟下遊平鋪基底材料，將管式爐按照10～30℃/min升溫速率升溫，然後保溫15～25min，再洩掉爐內正壓，取出基底材料。本發明所得Zn2.33Sb0.67O4原位生長包覆ZnO纖維異質結構材料異質結構明顯。
文檔編號B82B3/00GK101565163SQ20091007176
公開日2009年10月28日 申請日期2009年4月10日 優先權日2009年4月10日
發明者孟凡娜, 張海軍, 趙國剛 申請人:黑龍江科技學院