C－軸擇優取向單晶ZnO六稜微管的製備方法
2023-05-04 02:58:01 4
專利名稱：C－軸擇優取向單晶ZnO六稜微管的製備方法
技術領域：
本發明屬低維結構半導體光電子材料領域，它特別涉及一種獲得C-軸擇優取向單晶ZnO六稜微管的方法。
背景技術：
自1991年日本電子顯微鏡專家Lijima首次發現碳納米管以來，碳納米管因其獨特的力學、電學及化學特性，已成為世界範圍內的研究熱點之一。在碳納米管中，由於電子的量子限域效應，電子只能在單層石墨片中沿納米管的軸向運動，其徑向運動受到限制，使碳納米管具有獨特的電學性質、熱導和獨特的力學性質。受納米碳管的啟發，國際上材料、物理及化學科學家已將納米管的思路拓寬至半導體和介質材料領域。
ZnO為II-VI族寬禁帶化合物半導體，為纖鋅礦(Wurtzite)六角晶繫結構，空間群P63mc，具有高C-軸取向性。晶格常數與GaN相似，禁帶寬度為3.37eV。ZnO材料在室溫下具有高的激子束縛能(約60meV，而GaN為21meV，ZnSe為20meV)和較低的電子誘生缺陷，室溫下光激發機制有效。ZnO薄膜在表面波器件、太陽能電池等諸多領域得到了廣泛的應用。ZnO薄膜作為一種新型的光電材料，在短波長雷射發射、紫外光探測器、LEDs、LDs等領域有巨大的發展潛力。對ZnO納米材料，特別是低維ZnO材料的自組織設計和製備已成為國際上材料、物理和化學界研究的熱點。低維半導體微結構材料是一種人工可改性的新型半導體材料，具有與體材料截然不同的性質。隨著材料維度的降低和結構特徵尺寸的減小，量子尺寸效應，量子幹涉效應，量子隧穿效應，庫侖阻塞效應以及多體關聯和非線性光學效應都會表現得越來越明顯，這將從更深的層次揭示出低維材料所特有的新現象、新效應，並為量子器件，如量子幹涉電晶體，量子線場效應電晶體，單電子電晶體和單電子存儲器以及量子點雷射器，微腔雷射器等的研製創造了條件。
目前，在ZnO一維量子線、二維量子點的製備方面已有相關報導，但國內外尚無製備C-軸擇優取向單晶ZnO六稜微管的報導和相關專利。
發明內容
本發明的目的是提供一種C-軸擇優取向單晶ZnO六稜微管的製備方法，所製備的ZnO微管為單晶管，且與ZnO單晶的六方纖鋅礦晶體結構具有相同的完整六稜結構，其C-軸(0002)沿管的軸方向取向，管的直徑為1～10μm，管壁厚為0.1～2μm，管長度為5～20μm。
本發明目的的實現是通過一種前驅物利用水熱合成方法製備C-軸擇優取向單晶ZnO六稜微管，所述的前驅物是指鋅鹽或鋅醇鹽，包括醋酸鋅或醋酸鋅基化合物等。
本發明的一種C-軸擇優取向單晶ZnO六稜微管的製備方法，其特徵是採用下面的步驟步驟1、先合成前驅物，將前驅物加去離子水配置成濃度為0.3～0.5M(每升溶液中溶劑的摩爾含量)的溶液；步驟2、將配好的溶液加入內襯耐酸鹼並能承受一定溫度的材料的容器中，使所加溶液佔內襯容器的容積體積的10～50％；步驟3、將預先清洗好的基片放入內襯耐酸鹼並能承受一定溫度的材料的容器的溶液中，拋光面向上(玻璃基片除外)；步驟4、將內襯耐酸鹼並能承受一定溫度的材料的容器放置於金屬反應釜中，擰緊金屬反應釜蓋，並將金屬反應釜放入恆溫乾燥箱中加熱，先在100～150℃預保溫1～3小時後，再升溫加熱到170～220℃，保溫4～8小時；步驟5、自然降溫至室溫，開啟反應釜蓋，將基片取出，用去離子水清洗，烘乾後可得在基片(拋光面)上生成的C-軸擇優取向單晶ZnO六稜微管，如圖1～4所示。
需要說明的是，上面所述的基片包括Si單晶、ZnO單晶、石英單晶、藍寶石、GaN單晶，玻璃和Au、Cr、Al、Cu金屬基片；所述的耐酸鹼並能承受一定溫度的內襯材料可以是聚四氟乙烯。
本發明的獨創性和技術特點本發明所製備的ZnO微管為單晶管，且與ZnO單晶的六方纖鋅礦晶體結構具有相同的完整六稜結構，其C-軸(0002)沿管的軸方向取向，本發明所採用水熱合成技術方法具有工藝簡單、設備成本、所用前驅體合成容易、製成品重複性、一致性好的特點。
附圖及其
圖1採用本發明方法生成的ZnO六稜微管在基片上的分布(100倍)圖2採用本發明方法生成的ZnO六稜微管在基片上的分布(1000倍)圖3採用本發明方法生成的ZnO六稜微管形貌(5000倍)從圖中看出，通過採用本發明的方法，就可以在基片上製備出了形狀、大小基本一致的、具有六稜結構的ZnO微米管。
圖4為ZnO六稜微管的HRTEM(高解析度透射電子顯微鏡)形貌(a)單管的SEM(掃描電子顯微鏡)形貌；(b)單管的TEM(透射電子顯微鏡)圖；(c)單管局部的HRTEM圖；(d)六稜管的電子衍射圖樣。
從圖中可看出，ZnO六稜管為單晶，其C-軸(0002)方向為管的軸向。
具體實施例方式
本實施例中前驅物採用分析純水合醋酸鋅[Zn(CH3COO)2·2H2O]，它採用下面的方法實現步驟1、將分析純水合醋酸鋅[Zn(CH3COO)2·2H2O]，放置於真空乾燥箱中，在85℃真空乾燥24小時，取出待用；步驟2、將乾燥後的醋酸鋅加入去離子水，配成濃度為0.3～0.5M的溶液；步驟3、將配好的溶液加入內襯聚四氟乙烯容器中，使所加溶液佔內襯聚四氟乙烯容器的容積25％，並將預先清洗好的基片放入內襯聚四氟乙烯容器的溶液中，基片的拋光面向上(玻璃基片除外)；步驟4、將內襯聚四氟乙烯容器放置於金屬反應釜中，金屬反應釜應能承受1.5Mpa和250℃的反應壓力和溫度；擰緊金屬反應釜蓋，並將金屬反應釜放入恆溫乾燥箱中加熱，先在120℃保溫1～3小時後，再升溫加熱到185℃，保溫4～8小時；步驟5、自然降溫至室溫，開啟反應釜蓋，將基片取出，用去離子水清洗，烘乾後可得在基片(拋光面)上生成的C-軸擇優取向單晶ZnO六稜微管，如附圖1～4所示。
通過上述方法，所製備的ZnO微管為單晶管，且與ZnO單晶的六方纖鋅礦晶體結構具有相同的完整六稜結構，其C-軸(0002)沿管的軸方向取向，管的直徑為1～10μm，管壁厚為0.1～2μm，管長度為5～20μm。
權利要求
1.一種C-軸擇優取向單晶ZnO六稜微管的製備方法，其特徵是採用下面的步驟步驟1、先合成前驅物，將前驅物加去離子水配置成濃度為0.3～0.5M(每升溶液中溶劑的摩爾含量)的溶液；步驟2、將配好的溶液加入內襯耐酸鹼並能承受一定溫度的材料的容器中，使所加溶液佔內襯容器的容積體積的10～50％；步驟3、將預先清洗好的基片放入內襯耐酸鹼並能承受一定溫度的材料容器的溶液中，拋光面向上(玻璃基片除外)；步驟4、將內襯耐酸鹼並能承受一定溫度的材料的容器放置於金屬反應釜中，擰緊金屬反應釜蓋，並將金屬反應釜放入恆溫乾燥箱中加熱，先在100～150℃預保溫1～3小時後，再升溫加熱到170～220℃，保溫4～8小時；步驟5、自然降溫至室溫，開啟反應釜蓋，將基片取出，用去離子水清洗，烘乾後可得在基片(拋光面)上生成的C-軸擇優取向單晶ZnO六稜微管。
2.根據權利要求1所述的一種C-軸擇優取向單晶ZnO六稜微管的製備方法，其特徵是所述的前驅物是指鋅鹽或鋅醇鹽，包括醋酸鋅或醋酸鋅基化合物。
3.根據權利要求1所述的一種C-軸擇優取向單晶ZnO六稜微管的製備方法，其特徵是所述的耐酸鹼並能承受一定溫度的內襯材料可以是聚四氟乙烯。
4.根據權利要求1所述的一種C-軸擇優取向單晶ZnO六稜微管的製備方法其特徵是所述的基片包括Si單晶、ZnO單晶、石英單晶、藍寶石、GaN單晶，玻璃和Au、Cr、Al、Cu金屬基片。
5.根據權利要求1所述的一種C-軸擇優取向單晶ZnO六稜微管的製備方法，其特徵是所述的前驅物採用分析純水合醋酸鋅[Zn(CH3COO)2·2H2O]，具體製備步驟是步驟1、將分析純水合醋酸鋅[Zn(CH3COO)2·2H2O]，放置於真空乾燥箱中，在85℃真空乾燥24小時，取出待用；步驟2、將乾燥後的醋酸鋅加入去離子水，配成濃度為0.3～0.5M的溶液；步驟3、將配好的溶液加入內襯聚四氟乙烯容器中，使所加溶液佔內襯聚四氟乙烯容器的容積25％，並將預先清洗好的基片放入內襯聚四氟乙烯容器的溶液中，基片的拋光面向上(玻璃基片除外)；步驟4、將內襯聚四氟乙烯容器放置於金屬反應釜中，金屬反應釜應能承受1.5Mpa和250℃的反應壓力和溫度；擰緊金屬反應釜蓋，並將金屬反應釜放入恆溫乾燥箱中加熱，先在120℃保溫1～3小時後，再升溫加熱到185℃，保溫4～8小時；步驟5、自然降溫至室溫，開啟反應釜蓋，將基片取出，用去離子水清洗，烘乾後可得在基片(拋光面)上生成的C-軸擇優取向單晶ZnO六稜微管。
全文摘要
本發明的目的是提供一種C－軸擇優取向單晶ZnO六稜微管的製備方法，本發明目的實現是通過一種前驅物利用水熱合成方法製備C－軸擇優取向單晶ZnO六稜微管，所述的前驅物是指鋅鹽或鋅酸鹽，包括醋酸鋅或醋酸鋅基化合物等。採用本發明的方法所製備的ZnO微管為單晶管，且與ZnO單晶的六方纖鋅礦晶體結構具有相同的完整六稜結構，其C－軸(0002)沿管的軸方向取向，本發明所採用水熱合成技術方法具有工藝簡單、設備成本、所用前驅體合成容易、製成品重複性、一致性好的特點。
文檔編號C30B7/10GK1594670SQ03135790
公開日2005年3月16日 申請日期2003年9月9日 優先權日2003年9月9日
發明者鄧宏, 周小燕, 姜斌, 李燕, 李言榮, 王恩信 申請人:電子科技大學