專利名稱：高品質(zhì)半導(dǎo)體發(fā)光材料ZnO納米囊的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高品質(zhì)半導(dǎo)體發(fā)光材料ZnO納米囊的制備方法，屬于半導(dǎo)體發(fā)光材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，納米ZnO得到了廣泛應(yīng)用，可用于制造氣體傳感器、熒光體、變阻器、紫外線遮蔽材料、圖象記錄材料、壓電材料、壓敏材料、高效催化劑、化妝品和涂料等。這是因?yàn)榧{米ZnO的粒徑介于1～100nm之間，是一種新型多功能精細(xì)無(wú)機(jī)產(chǎn)品，其粒子尺寸小，比表面積大，納米ZnO表現(xiàn)出許多不同于塊體ZnO的特殊性質(zhì)，如小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子效應(yīng)、非遷移性、熒光性、壓電性、吸收和散射紫外線能力等。
ZnO納米囊由于具有中空結(jié)構(gòu)、低密度、較好的過(guò)濾性、更大的比表面積、特殊的極性及光學(xué)性質(zhì)，因而更是具有特殊的用途。例如，在醫(yī)學(xué)和制藥學(xué)領(lǐng)域，ZnO納米囊可作為藥物傳遞的載體、膠囊及支撐物；在材料領(lǐng)域，ZnO納米囊可作為“籠反應(yīng)器”使化學(xué)反應(yīng)在有限的空間進(jìn)行、催化劑、隔音材料、輕質(zhì)填充材料，等等。
在本發(fā)明之前，在國(guó)內(nèi)外范圍內(nèi)制備ZnO納米囊或空心球所采用的方法之一是模板法，該法需要利用單分散性的微乳液微球、聚苯乙烯微球或者其它的一些聚合物微球作為模板(核)，接著通過(guò)化學(xué)的方法在這些模板表面沉積上適當(dāng)厚度的ZnO層(殼)，然后通過(guò)加熱、煅燒使高分子或聚合物微球分解為H2O和CO2等小分子除去，或者加入一定的溶劑如四氫呋喃或二甲亞砜，將核粒子溶解出來(lái)，而不破壞殼粒子，從而得到具有中空結(jié)構(gòu)的ZnO納米囊或空心球。由于該法需要使用模板，具有生產(chǎn)工藝復(fù)雜，工藝條件要求苛刻，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品難以提純并且其大小受限于模板的尺寸等缺點(diǎn)。方法之二是采用化學(xué)氣相沉積法，該法的不足之處主要是需要貴金屬催化劑，生產(chǎn)設(shè)備昂貴，反應(yīng)溫度和能耗較高，條件難以控制，重復(fù)性不好，而且產(chǎn)品的產(chǎn)率低、顆粒大(＞100nm)，難以進(jìn)行規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述缺陷，發(fā)明、研制一種新的制備高品質(zhì)發(fā)光材料ZnO納米囊的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高品質(zhì)半導(dǎo)體發(fā)光材料ZnO納米囊的制備方法，其主要技術(shù)特征在于步驟如下(1)選取醋酸鋅粉末，加入到雙氧水溶液中充分?jǐn)嚢枞芙猓?2)調(diào)節(jié)其pH值約為8～11；(3)將其放入密閉的高壓反應(yīng)釜中，在190～200℃及自身壓力下水熱反應(yīng)12～18小時(shí)；(4)晶化產(chǎn)物經(jīng)抽濾后，用去離子水洗滌，干燥，即得所需產(chǎn)物。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于原材料便宜、易得、無(wú)毒或低毒，無(wú)污染，無(wú)須模板和催化劑，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化，工藝條件要求范圍寬，反應(yīng)溫度和能耗較低，整個(gè)生產(chǎn)成本也低，易于進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，并且制備出的產(chǎn)品是純六方相、粒徑分布范圍窄、具有優(yōu)良光致發(fā)光性能的ZnO納米囊，無(wú)其它有機(jī)物和金屬離子污染，并且可以用于制造多種新型功能材料。
本發(fā)明的優(yōu)越之處在下面的


和具體實(shí)施方式
中將進(jìn)一步進(jìn)行闡述。

圖1——本發(fā)明實(shí)施例1所制備的ZnO粉末產(chǎn)品的X-射線衍射圖。
圖2——本發(fā)明實(shí)施例1所制備的ZnO粉末產(chǎn)品的透射電鏡照片圖。
圖3——本發(fā)明實(shí)施例1所制備的ZnO粉末產(chǎn)品的熒光光譜圖。
圖4——本發(fā)明實(shí)施例2所制備的ZnO粉末產(chǎn)品的X-射線衍射圖。
圖5——本發(fā)明實(shí)施例2所制備的ZnO粉末產(chǎn)品的透射電鏡照片圖。
圖6——本發(fā)明實(shí)施例2所制備的ZnO粉末產(chǎn)品的熒光光譜圖。
圖7——本發(fā)明實(shí)施例3所制備的ZnO粉末產(chǎn)品的X-射線衍射圖。
圖8——本發(fā)明實(shí)施例3所制備的ZnO粉末產(chǎn)品的透射電鏡照片圖。
圖9——本發(fā)明實(shí)施例3所制備的ZnO粉末產(chǎn)品的熒光光譜圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1選取1克醋酸鋅(Zn(AC)2·2H2O)粉末，加入到濃度為3％的雙氧水(H2O2)溶液中充分?jǐn)嚢枞芙?；待溶解徹底后用氨水調(diào)節(jié)其pH值為10，然后將其放入密閉的高壓反應(yīng)釜中，在200℃及自身壓力下進(jìn)行水熱反應(yīng)12h；將固體產(chǎn)物抽濾出，再用蒸餾水洗滌，干燥，即得所需產(chǎn)物ZnO納米囊。
如圖1、圖2、圖3所示，采用日本Rigaku D/Max-3C X-射線粉末衍射儀(Cu Kα輻射，λ＝1.5406)測(cè)定所制備材料的晶體結(jié)構(gòu)；采用荷蘭Philips公司Tecnai12型透射電子顯微鏡(TEM，120kV)對(duì)產(chǎn)物的形貌與尺寸進(jìn)行觀察；采用日本Hitachi F-4500熒光光譜儀測(cè)試產(chǎn)品的發(fā)光性能，室溫下選用Xe燈做激發(fā)光源，激發(fā)波長(zhǎng)為325nm。
試驗(yàn)結(jié)果表明圖1本發(fā)明實(shí)施例1所制產(chǎn)品的X-射線衍射圖。其所有X-射線衍射峰從左到右分別對(duì)應(yīng)于六方相ZnO的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(200)、(112)、(201)、(202)晶面，說(shuō)明實(shí)施例1所制產(chǎn)品為純六方相ZnO。
圖2本發(fā)明實(shí)施例1所制ZnO產(chǎn)品的透射電鏡照片。從該圖可知，所制ZnO產(chǎn)品的顆粒呈空心囊狀結(jié)構(gòu)，直徑大小約為25～69nm，粒徑分布范圍較窄。
圖3本發(fā)明實(shí)施例1所制ZnO納米囊產(chǎn)品的熒光光譜圖。從該圖可知，在325nm的激光激發(fā)下，ZnO納米囊產(chǎn)品的熒光光譜在396nm處出現(xiàn)一個(gè)較強(qiáng)的熒光發(fā)射峰，無(wú)其它明顯的缺陷熒光發(fā)射峰出現(xiàn)，說(shuō)明產(chǎn)品的結(jié)晶性較好，其晶體結(jié)構(gòu)中具有的氧空位和其它缺陷極少。
實(shí)施例2選取1克醋酸鋅(Zn(AC)2·2H2O)粉末，加入到濃度為30％的雙氧水(H2O2)溶液中充分?jǐn)嚢枞芙?；待溶解徹底后用氨水調(diào)節(jié)其pH值為8，然后將其放入密閉的高壓反應(yīng)釜中，在200℃及自身壓力下進(jìn)行水熱反應(yīng)12h；將固體產(chǎn)物抽濾出，再用蒸餾水洗滌，干燥，即得所需產(chǎn)物ZnO納米囊。
如圖4、圖5、圖6所示，采用日本Rigaku D/Max-3C X-射線粉末衍射儀(Cu Kα輻射，λ＝1.5406)測(cè)定所制備材料的晶體結(jié)構(gòu)；采用荷蘭Philips公司Tecnai12型透射電子顯微鏡(TEM，120kV)對(duì)產(chǎn)物的形貌與尺寸進(jìn)行觀察。采用日本Hitachi F-4500熒光光譜儀測(cè)試產(chǎn)品的發(fā)光性能，室溫下選用Xe燈做激發(fā)光源，激發(fā)波長(zhǎng)為325nm。
試驗(yàn)結(jié)果表明圖4本發(fā)明實(shí)施例2所制產(chǎn)品的X-射線衍射圖。其所有X-射線衍射峰從左到右分別對(duì)應(yīng)于六方相ZnO的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(200)、(112)、(201)、(202)晶面，說(shuō)明實(shí)施例2所制產(chǎn)品為純六方相ZnO。
圖5本發(fā)明實(shí)施例2所制ZnO產(chǎn)品的透射電鏡照片。從該圖可知，所制ZnO產(chǎn)品的顆粒呈空心囊狀結(jié)構(gòu)，直徑大小約為30～43nm，粒徑分布范圍窄。
圖6本發(fā)明實(shí)施例2所制ZnO納米囊產(chǎn)品的熒光光譜圖。從該圖可知，在325nm的激光激發(fā)下，ZnO納米囊產(chǎn)品的熒光光譜在約396nm處出現(xiàn)一個(gè)較強(qiáng)的熒光發(fā)射峰，無(wú)其它明顯的缺陷熒光發(fā)射峰出現(xiàn)，說(shuō)明產(chǎn)品的結(jié)晶性較好，其晶體結(jié)構(gòu)中具有的氧空位和其它缺陷極少。
實(shí)施例3選取1克醋酸鋅(Zn(AC)2·2H2O)粉末，加入到濃度為3％的雙氧水(H2O2)溶液中充分?jǐn)嚢枞芙?；待溶解徹底后用氨水調(diào)節(jié)其pH值為9，然后將其放入密閉的高壓反應(yīng)釜中，在190℃及自身壓力下進(jìn)行水熱反應(yīng)18h；將固體產(chǎn)物抽濾出，再用蒸餾水洗滌，干燥，即得所需產(chǎn)物ZnO納米囊。
如圖7、圖8、圖9所示，采用日本Rigaku D/Max-3C X-射線粉末衍射儀(Cu Kα輻射，λ＝1.5406)測(cè)定所制備材料的晶體結(jié)構(gòu)；采用荷蘭Philips公司Tecnai12型透射電子顯微鏡(TEM，120kV)對(duì)產(chǎn)物的形貌與尺寸進(jìn)行觀察；采用日本Hitachi F-4500熒光光譜儀測(cè)試產(chǎn)品的發(fā)光性能，室溫下選用Xe燈做激發(fā)光源，激發(fā)波長(zhǎng)為325nm。
試驗(yàn)結(jié)果表明圖7本發(fā)明實(shí)施例3所制產(chǎn)品的X-射線衍射圖。其所有X-射線衍射峰從左到右分別對(duì)應(yīng)于六方相ZnO的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(200)、(112)、(201)、(202)晶面，說(shuō)明實(shí)施例3所制產(chǎn)品為純六方相ZnO。
圖8本發(fā)明實(shí)施例3所制產(chǎn)品的透射電鏡照片。從該圖可知，所制ZnO產(chǎn)品的顆粒呈空心囊狀結(jié)構(gòu)，直徑大小多為18～30nm，粒徑分布范圍窄。
圖9本發(fā)明實(shí)施例3所制得產(chǎn)品的熒光光譜圖。從該圖可知，在325nm的激光激發(fā)下，ZnO納米囊產(chǎn)品的熒光光譜在約396nm處出現(xiàn)一個(gè)較強(qiáng)的熒光發(fā)射峰，無(wú)其它明顯的缺陷熒光發(fā)射峰出現(xiàn)，說(shuō)明產(chǎn)品的結(jié)晶性較好，其晶體結(jié)構(gòu)中具有的氧空位和其它缺陷極少。
根據(jù)上述研究結(jié)果可知純六方相、結(jié)晶性好、粒徑范圍分布均一的ZnO納米囊產(chǎn)品具有優(yōu)良的光致發(fā)光性能，屬于高品質(zhì)半導(dǎo)體發(fā)光材料。
顯然，從上述實(shí)施步驟、數(shù)據(jù)、圖表分析得知，本發(fā)明優(yōu)于現(xiàn)有的模板法、化學(xué)氣相沉積法等制備方法。
權(quán)利要求
1.一種高品質(zhì)半導(dǎo)體發(fā)光材料ZnO納米囊的制備方法，其特征在于步驟如下(1)選取醋酸鋅粉末，加入到雙氧水溶液中充分?jǐn)嚢枞芙猓?2)調(diào)節(jié)其pH值為8～11；(3)將其放入密閉的高壓反應(yīng)釜中，在190～200℃及自身壓力下水熱反應(yīng)12～18小時(shí)；(4)晶化產(chǎn)物經(jīng)抽濾后，用去離子水洗滌，干燥，即得所需產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高品質(zhì)半導(dǎo)體發(fā)光材料ZnO納米囊的制備方法，其特征在于步驟(1)雙氧水溶液的濃度為3～30％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高品質(zhì)半導(dǎo)體發(fā)光材料ZnO納米囊的制備方法，其特征在于步驟(2)用氨水調(diào)節(jié)其pH值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高品質(zhì)半導(dǎo)體發(fā)光材料ZnO納米囊的制備方法，其特征在于步驟(4)產(chǎn)物的形貌呈納米囊狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高品質(zhì)半導(dǎo)體發(fā)光材料ZnO納米囊的制備方法。本發(fā)明選取醋酸鋅粉末到雙氧水中攪拌溶解，調(diào)節(jié)其pH值約為8～11，放入密閉高壓反應(yīng)釜中，在190～200℃及自身壓力下水熱反應(yīng)12～18小時(shí)，晶化產(chǎn)物經(jīng)抽濾后用去離子水洗滌，干燥，即得所需產(chǎn)物。解決了模板法工藝復(fù)雜、條件苛刻、成本高、提純難且大小受限于模板尺寸等和化學(xué)氣相沉積法需貴金屬催化劑，設(shè)備昂貴、能耗較高，難以控制，重復(fù)性不好，產(chǎn)率低、顆粒大，難以規(guī)?；a(chǎn)等缺陷。本發(fā)明原料便宜、無(wú)毒、無(wú)污染，無(wú)須模板和催化劑，工藝簡(jiǎn)化，成本低，易于規(guī)?；a(chǎn)，產(chǎn)品純六方相、粒徑分布范圍窄、具有優(yōu)良光致發(fā)光性能的ZnO納米囊，無(wú)其它有機(jī)物和金屬離子污染。
文檔編號(hào)C09K11/08GK1818013SQ200610037630
公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2006年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月6日
發(fā)明者張永才, 吳曉, 張明, 胡效亞 申請(qǐng)人:揚(yáng)州大學(xué)