本發(fā)明屬于功能陶瓷材料領(lǐng)域，涉及一種利用微波合成大尺寸氧化鋅晶體的方法。

背景技術(shù)：

大尺寸氧化鋅晶體是一種重要的功能性晶體材料，具有優(yōu)良的光學(xué)、電學(xué)特性，在led領(lǐng)域、信息顯示與存儲、光通訊和導(dǎo)彈預(yù)警等許多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。從目前制備氧化鋅晶體的研究現(xiàn)狀來看，大尺寸氧化鋅單晶的生長技術(shù)困難重重。例如，采用提拉法生長氧化鋅單晶，由于氧化鋅的蒸汽壓較大，需要高壓環(huán)境，生長過程中需要精確控制，技術(shù)難度比較大。水熱法生長氧化鋅單晶是目前最為成熟的方法，但其生長速率較低，需要高壓環(huán)境，生長周期長；采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備氧化鋅單晶，反應(yīng)時間仍較長，長達一個月左右，對試驗設(shè)備要求較高，成本也較高。最近，文獻“一種替代含鉛助熔劑制備大尺寸氧化鋅晶須方法的研究”采用工業(yè)氧化鋅（zno）粉為原料，助劑以四鈦酸鉀（k2ti4o9）為主，采用助熔劑法，得到針體長度約20mm的zno晶須。但該方法容易引入助劑雜質(zhì)。

最近，微波合成技術(shù)具有升溫速率快和反應(yīng)時間短等特點，通過該技術(shù)制備了氧化鋅晶體材料，具有良好的應(yīng)用前景。比如文獻“毫米級氧化鋅晶體的微波合成研究”以氧化鋅粉末為原料，采用微波加熱結(jié)合氣相沉積的方法在短時間內(nèi)制備出2.2毫米的氧化鋅晶體。文獻“微波合成zno晶須的工藝與電磁性能研究”通過混合μm級氧化鋅和納米級氧化鋅，采用微波加熱技術(shù)制備了長度近1毫米的氧化鋅μm管與晶須。從目前微波合成制備氧化鋅單晶技術(shù)而言，制備的氧化鋅單晶尺寸較小，最大的只有毫米級，還無法稱之為大尺寸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決上述微波合成技術(shù)制備大尺寸氧化鋅不足的就似乎問題，提供了一種制備氧化鋅大尺寸晶體的制備方法。本發(fā)明提供的大尺寸厘米級(1~2厘米)單晶氧化鋅晶體的制備方法，是以細石墨粉體和普通氧化鋅粉體為原料，添加適量鎳或銅顆粒助劑，以合成大尺寸厘米級(1~2厘米)氧化鋅晶體材料。

為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種利用微波合成大尺寸氧化鋅晶體的方法，步驟如下：

（1）按質(zhì)量比稱取一定量的碳源和氧化鋅粉體，混合均勻后得到混合物??；

（2）向步驟（1）中加入混合物ⅰ質(zhì)量5~10%的顆粒助劑，混勻后得到混合物ⅱ；

（3）將混合物ⅱ加入坩堝中，室溫下置于微波反應(yīng)裝置中進行加熱，反應(yīng)0.5~1.5h后，在坩堝內(nèi)壁會生長針狀晶體，所述針狀晶體即為大尺寸氧化鋅晶體。

所述步驟（1）中碳源為石墨粉體或活性碳，所述碳源與氧化鋅粉體的質(zhì)量比為1：（1~2）。

所述步驟（2）中顆粒助劑為鎳顆?；蜚~顆粒，顆粒助劑的粒度為0.1~1mm。

所述石墨粉體或活性炭的粒度為1~3μm。

所述氧化鋅粉體粒度為1μm，純度為99%。

所述步驟（3）中的微波反應(yīng)裝置為微波馬弗爐，反應(yīng)的條件為：升溫速率為10~30℃/min，最終溫度為1050~1100℃，保持最終溫度的時間為0.5~1.5h。

本發(fā)明的有益效果在于：

（1）采用上述技術(shù)方案的大尺寸氧化鋅晶體的微波合成方法，其工作原理：利用碳還原氧化鋅，使之形成zn蒸汽，借助鎳或銅顆粒助劑的作用，發(fā)生如下還原反應(yīng)，生成氧化鋅材料；

c+zno=zn+co

zn+o2=zno。

（2）氧化鋅以其諸多優(yōu)異性能將成為下一代寬帶隙半導(dǎo)體材料，生長大尺寸單晶無論對于基礎(chǔ)研究和實際應(yīng)用都有很重要的意義，采用這種微波合成技術(shù)為大尺寸氧化鋅單晶材料的制備提供了一條新的簡便的途徑，從而促進其應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展，從圖3與圖4可觀察到，通過調(diào)控工藝，可以在氧化鋅主干表面上還會外延生長較小尺寸的不同形貌的氧化鋅晶體，如片狀的、錐體和梳狀等，顯然也可作為gan，sic等新型光電材料的理想襯底。

附圖說明

圖1為實例1得到的氧化鋅晶體產(chǎn)物的示意圖。

圖2為實例1得到的氧化鋅晶體產(chǎn)物的xrd圖。

圖3為實例1得到的氧化鋅晶體產(chǎn)物局部的fe-sem形貌圖。

圖4為實例2得到的氧化鋅晶體產(chǎn)物表面的fe-sem形貌圖。

具體實施方式

一種利用微波合成大尺寸氧化鋅晶體的方法，步驟如下：

（1）按質(zhì)量比稱取一定量的碳源和氧化鋅粉體，混合均勻后得到混合物ⅰ；

（2）向步驟（1）中加入混合物ⅰ質(zhì)量5~10%的顆粒助劑，混勻后得到混合物ⅱ；

（3）將混合物ⅱ加入坩堝中，室溫下置于微波反應(yīng)裝置中進行加熱，反應(yīng)0.5~1.5h后，在坩堝內(nèi)壁會生長針狀晶體，所述針狀晶體即為大尺寸氧化鋅晶體。

所述步驟（1）中碳源為石墨粉體或活性碳，所述碳源與氧化鋅粉體的質(zhì)量比為1：（1~2）。

所述步驟（2）中顆粒助劑為鎳或銅顆粒，顆粒的粒度為0.1~1mm。

所述石墨粉體或活性炭的粒度為1~3μm。

所述氧化鋅粉體粒度為1μm，純度為99%。

所述步驟（3）中的微波反應(yīng)裝置為微波馬弗爐，反應(yīng)的條件為：升溫速率為10~30℃/min，最終溫度為1050~1100℃，保持最終溫度的時間為0.5~1.5h。

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行進一步的解釋說明：

實施例1

選用平均粒度為2μm的石墨粉末、平均粒度為1μm的高純氧化鋅和平均粒度為1mm銅顆粒作原料，按c：zno：銅顆粒的質(zhì)量為2.25克、4.5克和0.475克稱取粉末，然后在研缽中混合30分鐘，使其混合均勻。將制備的原料放入內(nèi)徑為45mm的石英坩堝中，置于微波馬弗爐中進行反應(yīng)合成，升溫速率為30℃/min，合成溫度為1100℃，保溫1h。隨爐冷卻后在坩堝內(nèi)壁所得白色針狀產(chǎn)物即為針狀氧化鋅晶體，長度為1~2厘米，對白色針狀產(chǎn)物進行檢測，結(jié)果如圖1-3所示。

實施例2

選用平均粒度為3μm的活性碳粉末、平均粒度為1μm的高純氧化鋅和平均粒度為0.1mm銅顆粒作原料，按c：zno：銅顆粒的質(zhì)量為2.25克、2.25克和0.25克稱取粉末，然后在研缽中混合40分鐘，使其混合均勻。將制備的原料放入內(nèi)徑為45mm的石英坩堝中，置于微波馬弗爐中進行反應(yīng)合成，升溫速率為10℃/min，合成溫度為1050℃，保溫1.5h。隨爐冷卻后在坩堝內(nèi)壁所得白色針狀物即為針狀氧化鋅晶體，如圖4所示。

實施例3

選用平均粒度為3μm的石墨粉末、平均粒度為1μm的高純氧化鋅和平均粒度為0.5mm銅顆粒作原料，按c：zno：銅顆粒的質(zhì)量為2.25克、3.25克和0.275克稱取粉末，然后在研缽中混合30分鐘，使其混合均勻。將制備的原料放入內(nèi)徑為45mm的石英坩堝中，置于微波馬弗爐中進行反應(yīng)合成，升溫速率為20℃/min，合成溫度為1100℃，保溫0.5h。隨爐冷卻后在坩堝內(nèi)壁所得白色針狀產(chǎn)物即為針狀氧化鋅晶體。

實施例4

選用平均粒度為2μm的石墨粉末、平均粒度為1μm的高純氧化鋅和平均粒度為0.1mm鎳顆粒作原料，按c：zno：鎳顆粒的質(zhì)量為2.25克、4克和0.5克稱取粉末，然后在研缽中混合30分鐘，使其混合均勻。將制備的原料放入內(nèi)徑為45mm的石英坩堝中，置于微波馬弗爐中進行反應(yīng)合成，升溫速率為10℃/min，合成溫度為1100℃，保溫0.5h。隨爐冷卻后在坩堝內(nèi)壁所得白色針狀產(chǎn)物即為針狀氧化鋅晶體。

實施例5

選用平均粒度為1μm的石墨粉末、平均粒度為1μm的高純氧化鋅和平均粒度為0.5mm鎳顆粒作原料，按c：zno：鎳顆粒的質(zhì)量為2.25克、4.5克和0.435克稱取粉末，然后在研缽中混合30分鐘，使其混合均勻。將制備的原料放入內(nèi)徑為45mm的石英坩堝中，置于微波馬弗爐中進行反應(yīng)合成，升溫速率為25℃/min，合成溫度為1050℃，保溫1h。隨爐冷卻后在坩堝內(nèi)壁所得白色針狀產(chǎn)物即為針狀氧化鋅晶體。

實施例6

選用平均粒度為2μm的活性炭粉末、平均粒度為1μm的高純氧化鋅和平均粒度為0.5mm鎳顆粒作原料，按c：zno：鎳顆粒的質(zhì)量為2.25克、4.5克和0.435克稱取粉末，然后在研缽中混合30分鐘，使其混合均勻。將制備的原料放入內(nèi)徑為45mm的石英坩堝中，置于微波馬弗爐中進行反應(yīng)合成，升溫速率為30℃/min，合成溫度為1050℃，保溫1.5h。隨爐冷卻后在坩堝內(nèi)壁所得白色針狀產(chǎn)物即為針狀氧化鋅晶體。

實施例7

選用平均粒度為1μm的活性碳粉末、平均粒度為1μm的高純氧化鋅和平均粒度為0.1mm銅顆粒作原料，按c：zno：銅顆粒的質(zhì)量為2.25克、2.25克和0.45克稱取粉末，然后在研缽中混合40分鐘，使其混合均勻。將制備的原料放入內(nèi)徑為45mm的石英坩堝中，置于微波馬弗爐中進行反應(yīng)合成，升溫速率為10℃/min，合成溫度為1080℃，保溫1h。隨爐冷卻后在坩堝內(nèi)壁所得白色針狀物即為針狀氧化鋅晶體。