本發(fā)明涉及一種氮化鎵納米棒的制備方法，屬于形貌控制材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，一維納米結(jié)構(gòu)因?yàn)槠涑叽?、形狀和具有?yōu)異的電、光、磁的物性，在光學(xué)，電子學(xué)、磁學(xué)、催化、生物探測(cè)、藥物運(yùn)輸?shù)戎T多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。氮化鎵為一種直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料（禁帶寬度為3.39eV），氮化鎵、碳化硅等材料被稱為第三代半導(dǎo)體材料。氮化鎵具有較大的電子遷移率、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、較好的抗輻射性和耐高溫以及抗化學(xué)腐蝕性等諸多特性的熱導(dǎo)率，同時(shí)，其發(fā)光效率高，在紫外、紫、藍(lán)、綠發(fā)光器件方面有很大的應(yīng)用前景，是制造藍(lán)光二極管和大功率光電子器件最為優(yōu)越的材料之一。

目前，制備原料價(jià)格偏貴，且對(duì)環(huán)境和設(shè)備存在一定程度的腐蝕和污染，同時(shí)制備出的氮化鎵納米棒大多形貌不均一，這嚴(yán)重制約其性能得到提高。近年來(lái)，對(duì)無(wú)機(jī)化合物氮化鎵納米棒的制備研究日趨重要，氮化鎵納米棒的生長(zhǎng)方法主要有：化學(xué)氣相沉積法、分子束外延生長(zhǎng)法、氫化物氣相外延法，選擇的襯底多為Si,藍(lán)寶石，SiC襯底。但是襯底和氮化鎵材料之間多存在晶格失配，導(dǎo)致外延生長(zhǎng)時(shí)位錯(cuò)等晶體缺陷由襯底材料想GaN晶體內(nèi)部傳播，降低晶體質(zhì)量。

以上技術(shù)都是采用襯底用來(lái)合成不同形貌的氮化鎵納米材料，如何找到一種簡(jiǎn)單低廉同時(shí)對(duì)形貌易于調(diào)控的無(wú)襯底制備方法已成為解決氮化鎵納米棒能否應(yīng)用于納米電子器件的關(guān)鍵，也是該領(lǐng)域科研工作者不懈追求的目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種氮化鎵納米棒的制備方法，其特點(diǎn)是通過(guò)水熱法調(diào)控氫氧化氧鎵形貌，進(jìn)一步氮化，用兩步法(強(qiáng)迫水解法-直接氮化法兩步合成)制備了形貌均一的氮化鎵納米棒，可以解決傳統(tǒng)工藝中氮化鎵形貌難以控制,需要襯底等問(wèn)題。本發(fā)明在制備氮化鎵納米棒的方法中無(wú)襯底，成本低、工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量可靠。

本發(fā)明提供的氮化鎵納米棒的制備方法是在氬氣保護(hù)下以可溶性鎵鹽與尿素為原料經(jīng)過(guò)水熱反應(yīng)， 反應(yīng)產(chǎn)物再與NH₃于900-1100℃溫度下進(jìn)行反應(yīng)即可。

本發(fā)明提供的氮化鎵納米棒的制備方法包括的具體步驟為：

1）硝酸鎵水溶液和尿素水溶液的混合液于90℃恒溫水浴條件下攪拌反應(yīng)8-10小時(shí), 自然冷卻,靜置8-12小時(shí),離心分離出沉淀, 分別用乙醇和水洗滌三次, 80℃下烘干12-16小時(shí),得到白色產(chǎn)物。

2）在氬氣保護(hù)和真空條件下,將白色產(chǎn)物置于管式爐的石英舟中，程序升溫400-450℃，加熱4-6小時(shí), 自然冷卻到室溫;繼續(xù)程序升溫至900-1100℃，通入100-300sccm的NH₃，維持2-4小時(shí)后，氬氣保護(hù)下冷卻到室溫，得到淡黃色產(chǎn)物。

步驟1）所述的硝酸鎵和尿素的摩爾比為1:4-6。

步驟1）所述的混合液中最終的尿素摩爾濃度為0.18M；所述的混合液pH=9-10。

步驟1）所述的離心分離為8000-10000 r /min，離心分離5-10min。

步驟2）所述的400-450℃程序升溫是：2℃/min,從室溫20℃開(kāi)始升溫，升溫190-215min。

步驟2）所述的程序升溫至900-1100℃中，所述的程序升溫是5℃/分,從400-450℃開(kāi)始升溫，升溫90-140min。

步驟2）所述的真空度為-0.1Mpa。

本發(fā)明提供的氮化鎵納米棒的制備方法是以可溶性鎵鹽與尿素為原料經(jīng)過(guò)水熱反應(yīng)，得到產(chǎn)物經(jīng)過(guò)陪燒，在高溫下經(jīng)過(guò)NH₃還原即可。其特點(diǎn)是通過(guò)水熱法調(diào)控氫氧化氧鎵形貌，進(jìn)一步氮化，制備了形貌均一的氮化鎵納米棒，可以解決傳統(tǒng)工藝中氮化鎵形貌難以控制,需要襯底等問(wèn)題。本發(fā)明在制備氮化鎵納米棒的方法中無(wú)襯底，成本低、工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量可靠。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1所制備氧化鎵納米棒的高倍SEM圖。

圖2為實(shí)施例1所制備氧化鎵納米棒的低倍SEM圖。

圖3為實(shí)施例2所制備氮化鎵納米棒的高倍SEM圖。

圖4為實(shí)施例2所制備氮化鎵納米棒的低倍SEM圖。

圖5為氫氧化氧鎵、氧化鎵和氮化鎵的X射線衍射圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

分別取一定量的硝酸鎵水合物（純度為質(zhì)量百分比99.99%）和尿素（純度為質(zhì)量百分比99.999%）溶于去離子水中，取硝酸鎵與尿素摩爾比為1:6的量置于恒壓滴液漏斗中；取適量去離子水放入500ml的三口燒瓶中，去離子水的含量需要保證最終的尿素摩爾濃度為0.18M。將恒壓滴液漏斗與三口燒瓶相連，并與機(jī)械攪拌連接。恒溫水浴90℃，在水浴過(guò)程中需要不斷的向水浴鍋里補(bǔ)加水以彌補(bǔ)水的蒸發(fā)損失。待溫度穩(wěn)定后，在劇烈機(jī)械攪拌下同時(shí)緩慢滴加硝酸鎵水溶液和尿素水溶液，滴加完全，恒溫水浴90℃保持9h，靜置8小時(shí)，自然冷卻后，在8000r/min下離心10min鐘，分別用乙醇和去離子水洗滌三次后，80℃下12小時(shí)烘干。得到白色產(chǎn)物。取烘干后的白色產(chǎn)物，置于石英舟中部，將石英舟置于100cm長(zhǎng)的水平管式爐中間，密閉管式爐抽真空到-0.1Mpa。在氬氣保護(hù)下從室溫20℃開(kāi)始以2℃/min程序升溫215min到450℃，維持4個(gè)小時(shí)后氬氣保護(hù)下自然冷卻到室溫。取樣得到白色產(chǎn)物，樣品形貌如圖1,2所示。

實(shí)施例2

分別取一定量的硝酸鎵水合物（純度為質(zhì)量百分比99.99%）和尿素（純度為質(zhì)量百分比99.999%）溶于去離子水中，取硝酸鎵與尿素摩爾比為1:6的量置于恒壓滴液漏斗中；取適量去離子水放入500ml的三口燒瓶中，去離子水的含量需要保證最終的尿素摩爾濃度為0.18M。將恒壓滴液漏斗與三口燒瓶相連，并與機(jī)械攪拌連接。恒溫水浴90℃，在水浴過(guò)程中需要不斷的向水浴鍋里補(bǔ)加水以彌補(bǔ)水的蒸發(fā)損失。待溫度穩(wěn)定后，在劇烈機(jī)械攪拌下同時(shí)緩慢滴加硝酸鎵水溶液和尿素水溶液，滴加完全，恒溫水浴90℃保持9h，靜置8小時(shí)，自然冷卻后，在8000r/min下離心10min鐘，分別用乙醇和去離子水洗滌三次后，80℃下12小時(shí)烘干。得到白色產(chǎn)物。取烘干后的白色產(chǎn)物，置于石英舟中部，將石英舟置于100cm長(zhǎng)的水平管式爐中間，密閉管式爐抽真空到-0.1Mpa。在氬氣保護(hù)下從室溫20℃開(kāi)始以2℃/min程序升溫215min到450℃，維持4個(gè)小時(shí)后氬氣保護(hù)下以5℃/min從450℃程序升溫至950℃，通入200sccm的NH₃，維持2個(gè)小時(shí)后，氬氣保護(hù)下冷卻到室溫，得到淡黃色產(chǎn)物，樣品形貌如圖3,4所示。

實(shí)施例3

分別取一定量的硝酸鎵水合物（純度為質(zhì)量百分比99.99%）和尿素（純度為質(zhì)量百分比99.999%）溶于去離子水中，取硝酸鎵與尿素摩爾比為1:6的量置于恒壓滴液漏斗中；取適量去離子水放入500ml的三口燒瓶中，去離子水的含量需要保證最終的尿素摩爾濃度為0.18M。將恒壓滴液漏斗與三口燒瓶相連，并與機(jī)械攪拌連接。恒溫水浴90℃，在水浴過(guò)程中需要不斷的向水浴鍋里補(bǔ)加水以彌補(bǔ)水的蒸發(fā)損失。待溫度穩(wěn)定后，在劇烈機(jī)械攪拌下同時(shí)緩慢滴加硝酸鎵水溶液和尿素水溶液，滴加完全，恒溫水浴90℃保持9h，靜置10h，自然冷卻后，在8000r/min下離心10min鐘，分別用乙醇和去離子水洗滌三次后，80℃下烘干12h。得到白色產(chǎn)物。取烘干后的白色產(chǎn)物，置于石英舟中部，將石英舟置于100cm長(zhǎng)的水平管式爐中間，密閉管式爐抽真空到-0.1Mpa。在氬氣保護(hù)下從室溫20℃開(kāi)始以2℃/min程序升溫215min到450℃，維持4個(gè)小時(shí)后氬氣保護(hù)下以5℃/min從450℃程序升溫至950℃，通入200sccm的NH₃，維持2個(gè)小時(shí)后，氬氣保護(hù)下冷卻到室溫，得到淺黃色產(chǎn)物。

實(shí)施例4

分別取一定量的硝酸鎵水合物（純度為質(zhì)量百分比99.99%）和尿素（純度為質(zhì)量百分比99.999%）溶于去離子水中，取硝酸鎵與尿素摩爾比為1:6的量置于恒壓滴液漏斗中；取適量去離子水放入500ml的三口燒瓶中，去離子水的含量需要保證最終的尿素摩爾濃度為0.18M。將恒壓滴液漏斗與三口燒瓶相連，并與機(jī)械攪拌連接。恒溫水浴90℃，在水浴過(guò)程中需要不斷的向水浴鍋里補(bǔ)加水以彌補(bǔ)水的蒸發(fā)損失。待溫度穩(wěn)定后，在劇烈機(jī)械攪拌下同時(shí)緩慢滴加硝酸鎵水溶液和尿素水溶液，滴加完全，恒溫水浴90℃保持8h，靜置10h，自然冷卻后，在8000r/min下離心10min鐘，分別用乙醇和去離子水洗滌三次后，80℃下烘干16h。得到白色產(chǎn)物。取烘干后的白色產(chǎn)物，置于石英舟中部，將石英舟置于100cm長(zhǎng)的水平管式爐中間，密閉管式爐抽真空到-0.1Mpa。在氬氣保護(hù)下從室溫20℃開(kāi)始以2℃/min程序升溫215min到450℃，維持4個(gè)小時(shí)后氬氣保護(hù)下以5℃/min從450℃程序升溫90min至900℃，通入100sccm的NH₃，維持3個(gè)小時(shí)后，氬氣保護(hù)下冷卻到室溫，得到淺黃色產(chǎn)物。

實(shí)施例5

分別取一定量的硝酸鎵水合物（純度為質(zhì)量百分比99.99%）和尿素（純度為質(zhì)量百分比99.999%）溶于去離子水中，取硝酸鎵與尿素摩爾比為1:5的量置于恒壓滴液漏斗中；取適量去離子水放入500ml的三口燒瓶中，去離子水的含量需要保證最終的尿素摩爾濃度為0.18M。將恒壓滴液漏斗與三口燒瓶相連，并與機(jī)械攪拌連接。恒溫水浴90℃，在水浴過(guò)程中需要不斷的向水浴鍋里補(bǔ)加水以彌補(bǔ)水的蒸發(fā)損失。待溫度穩(wěn)定后，在劇烈機(jī)械攪拌下同時(shí)緩慢滴加硝酸鎵水溶液和尿素水溶液，滴加完全，恒溫水浴90℃保持8h，靜置12h，自然冷卻后，在8000r/min下離心10min鐘，分別用乙醇和去離子水洗滌三次后，80℃下烘干12h。得到白色產(chǎn)物。取烘干后的白色產(chǎn)物，置于石英舟中部，將石英舟置于100cm長(zhǎng)的水平管式爐中間，密閉管式爐抽真空到-0.1Mpa。在氬氣保護(hù)下從室溫20℃開(kāi)始以2℃/min程序升溫215min到450℃，維持4個(gè)小時(shí)后氬氣保護(hù)下以5℃/min從450℃程序升溫100min至950℃，通入200sccm的NH₃，維持3個(gè)小時(shí)后，氬氣保護(hù)下冷卻到室溫，得到黃色產(chǎn)物。

實(shí)施例6

分別取一定量的硝酸鎵水合物（純度為質(zhì)量百分比99.99%）和尿素（純度為質(zhì)量百分比99.999%）溶于去離子水中，取硝酸鎵與尿素摩爾比為1:5的量置于恒壓滴液漏斗中；取適量去離子水放入500ml的三口燒瓶中，去離子水的含量需要保證最終的尿素摩爾濃度為0.18M。將恒壓滴液漏斗與三口燒瓶相連，并與機(jī)械攪拌連接。恒溫水浴90℃，在水浴過(guò)程中需要不斷的向水浴鍋里補(bǔ)加水以彌補(bǔ)水的蒸發(fā)損失。待溫度穩(wěn)定后，在劇烈機(jī)械攪拌下同時(shí)緩慢滴加硝酸鎵水溶液和尿素水溶液，滴加完全，恒溫水浴90℃保持10h，靜置12h，自然冷卻后，在8000r/min下離心10min鐘，分別用乙醇和去離子水洗滌三次后，80℃下烘干16h。得到白色產(chǎn)物。取烘干后的白色產(chǎn)物，置于石英舟中部，將石英舟置于100cm長(zhǎng)的水平管式爐中間，密閉管式爐抽真空到-0.1Mpa。在氬氣保護(hù)下從室溫20℃開(kāi)始以2℃/min程序升溫215min到450℃，維持4個(gè)小時(shí)后氬氣保護(hù)下以5℃/min從450℃程序升溫110min至1000℃，通入100sccm的NH₃，維持4個(gè)小時(shí)后，氬氣保護(hù)下冷卻到室溫，得到黃色產(chǎn)物。

實(shí)施例7

分別取一定量的硝酸鎵水合物（純度為質(zhì)量百分比99.99%）和尿素（純度為質(zhì)量百分比99.999%）溶于去離子水中，取硝酸鎵與尿素摩爾比為1:4的量置于恒壓滴液漏斗中；取適量去離子水放入500ml的三口燒瓶中，去離子水的含量需要保證最終的尿素摩爾濃度為0.18M。將恒壓滴液漏斗與三口燒瓶相連，并與機(jī)械攪拌連接。恒溫水浴90℃，在水浴過(guò)程中需要不斷的向水浴鍋里補(bǔ)加水以彌補(bǔ)水的蒸發(fā)損失。待溫度穩(wěn)定后，在劇烈機(jī)械攪拌下同時(shí)緩慢滴加硝酸鎵水溶液和尿素水溶液，滴加完全，恒溫水浴90℃保持10h，靜置一晚，自然冷卻后，在8000r/min下離心10min鐘，分別用乙醇和去離子水洗滌三次后，80℃下過(guò)夜烘干。得到白色產(chǎn)物。取烘干后的白色產(chǎn)物，置于石英舟中部，將石英舟置于100cm長(zhǎng)的水平管式爐中間，密閉管式爐抽真空到-0.1Mpa。在氬氣保護(hù)下從室溫20℃開(kāi)始以2℃/min程序升溫215min到450℃，維持4個(gè)小時(shí)后氬氣保護(hù)下以5℃/min從450℃程序120min升溫至1050℃，通入200sccm的NH₃，維持4個(gè)小時(shí)后，氬氣保護(hù)下冷卻到室溫，得到深黃色產(chǎn)物。

實(shí)施例8

分別取一定量的硝酸鎵水合物（純度為質(zhì)量百分比99.99%）和尿素（純度為質(zhì)量百分比99.999%）溶于去離子水中，取硝酸鎵與尿素摩爾比為1:4的量置于恒壓滴液漏斗中；取適量去離子水放入500ml的三口燒瓶中，去離子水的含量需要保證最終的尿素摩爾濃度為0.18M。將恒壓滴液漏斗與三口燒瓶相連，并與機(jī)械攪拌連接。恒溫水浴90℃，在水浴過(guò)程中需要不斷的向水浴鍋里補(bǔ)加水以彌補(bǔ)水的蒸發(fā)損失。待溫度穩(wěn)定后，在劇烈機(jī)械攪拌下同時(shí)緩慢滴加硝酸鎵水溶液和尿素水溶液，滴加完全，恒溫水浴90℃保持10h，靜置10h，自然冷卻后，在8000r/min下離心10min鐘，分別用乙醇和去離子水洗滌三次后，80℃下烘干14h。得到白色產(chǎn)物。取烘干后的白色產(chǎn)物，置于石英舟中部，將石英舟置于100cm長(zhǎng)的水平管式爐中間，密閉管式爐抽真空到-0.1Mpa。在氬氣保護(hù)下從室溫20℃開(kāi)始以2℃/min程序升溫215min到450℃，維持4個(gè)小時(shí)后氬氣保護(hù)下以5℃/min從450℃程序升溫130min至1100℃，通入300sccm的NH₃，維持4個(gè)小時(shí)后，氬氣保護(hù)下冷卻到室溫，得到棕黃色產(chǎn)物。