一種Ga摻雜ZnO納米材料的製備方法

2024-02-11 02:57:15

專利名稱：一種Ga摻雜ZnO納米材料的製備方法
技術領域：
本發明屬於納米材料製備技術領域，特別是提供了一種( 摻雜納米SiO的製備方法。採用水熱法合成了納米花狀結構的( 摻雜ZnO納米材料。
背景技術：
ZnO在室溫下的禁帶寬度為3. 37eV，激子結合能為60meV的半導體材料，在光電和電子器件方面有著廣泛的應用前景。([1] ZnO在室溫下的禁帶寬度為3. 37eV，激子結合能為60meV的半導體材料，在光電和電子器件方面有著廣泛的應用前景。([1] Pan, Ζ. W. , Ζ. R. Dai and Ζ. L. Wang, Nanobelts of semiconducting oxides. Science, 2001. 291(5510): p. 1947. [2]. Lin, C. H. , et al. , Preparation and cathodoluminescence of ZnO phosphor. Materials chemistry and physics, 2003. 77(3) : p. 647-6 .)然而，與純ZnO相比，摻雜後的ZnO具有更低的電阻率和更好的穩定性。而Al，Ga，h，Sb，Si等摻雜元素中，fei元素的原子半徑(1.26 A)與Si原子半徑(1. 34 A)近似以及較低的電負性，從而使( 摻雜比其他元素更具優勢。( [3] Khranovskyy, V. , et al. , Structural and morphological properties of ZnO : Ga thin films. 2006. 515(2) : p. 472-476. )( 摻雜ZnO具有良好的導電性和透光率，較低的電阻率使其在平板顯示以及薄膜太陽能電池等領域得到廣泛應用。([4]Lee, M. J., et al., Effect of the thickness and hydrogen treatment on the properties of Ga-doped ZnO transparent conductive films. Applied Surface Science, 2008. 255(5): p. 3195-3200.)
然而，與純ZnO相比，摻雜後的ZnO具有更低的電阻率和更好的穩定性。而Al，Ga，In, Sb, Si等摻雜元素中，( 元素的原子半徑(1.26 A)與Si原子半徑(1.34 A)近似以及較低的電負性，從而使( 摻雜比其他元素更具優勢。( [3] Khranovskyy, V., et al., Structural and morphological properties of ZnO : Ga thin films. 2006. 515 (2): p. 472-476. )( 摻雜ZnO具有良好的導電性和透光率，較低的電阻率使其在平板顯示以及薄膜太陽能電池等領域得到廣泛應用。([4] Lee, M. J., et al. , Effect of the thickness and hydrogen treatment on the properties of Ga-doped ZnO transparent conductive films. Applied Surface Science, 2008. 255(5): p. 3195-3200.)
目前大部分研究者採用磁控濺射或化學氣相沉的方法製備( 摻雜ZnO納米材料。公開號為CN 101381228A的中國專利申請中公開了一種( 摻雜ZnO透明多晶陶瓷的製備方法。 以Zn (NO3) 2 ·6Η20和Ga (NO3) 3 ·5Η20為原料，尿素為阻燃劑，在720 920°C，4. 0 5. 4Gpa的條件下制的( 摻雜SiO透明多晶陶瓷。上述方法雖然操作簡單，環保，成本低，但是反應所需的溫度高，壓力大且反應時間長。對於需要以玻璃為載體的太陽能電池光陽極來說，600°C 以上的溫度將對玻璃基底造成不可修復的破壞。因此，低溫水熱法是製備( 摻雜ZnO納米材料的一種可選方法。它的優點在於製備溫度低(約100°C)，對納米材料尺寸的可控性強， 獲得產物雜質少、純度高，且簡單易於操作。

發明內容
本發明提供了一種( 摻雜納米aio的製備方法，該方法合成方法具有反應溫度低，設備簡單，成本低，易於操作等優點。一種( 摻雜ZnO納米材料的製備方法，包括步驟
(1)將摩爾比為1:0.0廣1:0. 1的六水合硝酸鋅與硝酸鎵溶於去離子水中，進行經過 30mirTlh的超聲波處理獲得澄清透明溶液。(2)在上述溶液中加入乙二胺，乙二胺與去離子水的體積比為1:30，經1小時的超聲波處理得乳白色反應前驅液。(3)測量(2)中配置成的溶液的PH後，根據實際情況添加適量的氫氧化鈉，使添加後溶液的PH值在9 11的範圍內變動。(4)選擇FTO導電玻璃片作為生長基底，依次經過丙酮，無水乙醇，異丙醇和去離子水進行多次清洗直到玻璃表面沒有明顯灰塵等顆粒，然後乾燥備用。(5)將處理好的基地置於(3)中配置好的反應前驅液中，密封后在9(T110°C條件下反應時間為22 32小時後取出。(6)反應結束後，將載有生成物的玻璃片取出，用去離子水多次衝洗後烘乾可以看到玻璃片上形成了均勻疏鬆多孔的白色薄膜，此薄膜即為所製得的( 摻雜ZnO納米材料。本發明所提供的( 摻雜ZnO納米材料的製備方法具備以下優點
1.採用水熱法反應溫度低，對納米材料尺寸的可控性強，獲得產物雜質少、純度高，且簡單易於操作。2.所製得的( 摻雜ZnO納米材料表面形貌可控，摻雜比例易於調整。3.該方法製備的( 摻雜SiO納米材料表面蓬鬆多孔，表面積較大，適合於在染料敏化太陽能電池等器件上的應用。


圖1為本發明採用水熱法製備的( 摻雜ZnO納米材料的低倍俯視場發射掃描電鏡照片。所製得的顆粒尺寸均一，孔隙率大。圖2為本發明採用水熱法製備的( 摻雜ZnO納米材料的高倍俯視場發射掃描電鏡照片。組成團簇的納米棒長約8 μ m，直徑約為lOOnm。圖3為本發明採用水熱法製備的( 摻雜ZnO納米材料的能譜報告。由這份報告可以看出( 摻雜的質量百分含量和原子百分含量分別為4. 01%和2. 22%。圖4為本發明採用水熱法製備的( 摻雜ZnO納與使用同種方法製備的純SiO的 XRD圖譜，可以看到摻雜後的峰位相對於純ZnO有微小的移動。
具體實施例方式下面結合實例對本發明的技術方案進行進一步說明
1.將摩爾比為1:0.05的六水合硝酸鋅與硝酸鎵溶於去離子水中，配製成75ml 0. 2mol/L的硝酸鋅和0. Olmol/L硝酸鎵的混合溶液，進行1小時的超聲波處理獲得澄清透
4明溶液。2.用量筒量取2. 5ml乙二胺加入上述說明的溶液中經超聲波處理半小時得乳白色反應前驅液。3.用PH計或者PH試紙測反應前驅液的PH值，少量多次逐步加入氫氧化鈉調整前驅液的PH值，使其控制在fl 1的範圍內，然後超聲半小時備用。 4.將4片FTO導電玻璃片依次經過丙酮，無水乙醇，異丙醇和去離子水進行多次清洗直到玻璃表面沒有明顯灰塵等顆粒後乾燥備用。5.將上述清洗乾淨的導電玻璃置於內膽為聚四氟乙烯的反應釜中，注入之前配製好的反應前驅液，密封並保持溫度95°C反應M小時。6.反應結束後，取出玻璃片，用去離子水反覆衝洗後烘乾。玻璃片上形成了均勻的白色薄膜即為所製得的( 摻雜ZnO納米材料。7.此方法製備的( 摻雜ZnO納米材料形貌均一，表面蓬鬆，孔隙率大。
權利要求
1.一種( 摻雜ZnO納米材料的製備方法，其製備工藝為將一定摩爾比的六水合硝酸鋅和硝酸鎵溶於去離子水中，進行超聲波處理得澄清透明溶液，然後加入乙二胺和氫氧化鈉調整溶液的PH值經長時間的超聲波處理得乳白色反應前驅液；其中，六水合硝酸鋅與硝酸鎵的摩爾比為1:0.0廣1:0. 1，乙二胺與去離子水的體積比為1:30，在溶液中添加氫氧化鈉使反應前驅液的PH在纊11的範圍內變化；將FTO導電玻璃片作為生長基底，依次經過丙酮，無水乙醇，異丙醇和去離子水進行多次清洗直到玻璃表面無明顯灰塵，最後將其烘乾備用，將上述處理好的玻璃基片放入第一步配置好的反應前驅液中，密封加溫反應；反應溫度為9(T110°C，反應時間為22 32小時；反應結束後，將玻璃片取出，用去離子水反覆衝洗後烘乾即可看到玻璃基片上形成了均勻疏鬆的白色薄膜，此白色薄膜即為所製得的( 摻雜ZnO納米材料。
2.如權利要求1所述的( 摻雜ZnO納米材料的製備方法，其特徵在於混合好的反應前驅液需要經過30mirTlh的超聲波處理。
全文摘要
一種Ga摻雜ZnO納米材料的製備方法，屬於納米材料的製備技術領域。其特徵在於將摩爾比為1:0.01~1:0.1的硝酸鋅和硝酸鎵溶於去離子水中，PH值控制在9~11範圍內，接著將混合液進行30min超聲處理得到反應前驅液。將FTO導電玻璃基底經丙酮，無水乙醇，異丙醇和去離子水超聲清洗乾淨後，進行乾燥處理。然後將處理好的玻璃基片置於之前配製好的反應前驅液中，密封后保溫處理，最後取出玻璃片用去離子水衝洗乾燥得附有摻雜ZnO納米材料的玻璃片。本發明合成方法反應溫度低，設備簡單，成本低，同時所製得的產物表面蓬鬆多孔，孔隙率大，電導率高，適合於在染料敏化太陽能電池等器件上的應用。
文檔編號B82Y40/00GK102509648SQ201110324879
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月24日 優先權日2011年10月24日
發明者張躍, 秦子, 邱英, 顧有松 申請人:北京科技大學