專利名稱：一種Zn/ZnO復(fù)合發(fā)光材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微/納米材料的制備方法，具體是指一種無機(jī)材料鋅/氧化鋅發(fā)光材料的制備方法。
背景技術(shù)：
ZnO是一種寬禁帶金屬氧化物半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度為3. 37eV，激子束縛能為60meV,在光電應(yīng)用方面有巨大的潛力。以氧化鋅為基的發(fā)光二 極管、光催化劑、傳感器和太陽能電池已經(jīng)成功地在實(shí)驗(yàn)室制備甚至已經(jīng)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。目前制備ZnO納米材料的方法主要有模板法，化學(xué)氣相沉積法，液相法，固相法等?；瘜W(xué)氣相沉積法，是利用氣態(tài)物質(zhì)在固體表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)淀積物的過程。化學(xué)氣相法具有裝置簡單，所用原料成本低，容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)越性。ZnO最誘人的特性是具有高達(dá)60meV的激子束縛能，如此高的束縛能使得它在室溫下不易被熱激發(fā)(室溫下的分子熱運(yùn)動(dòng)能為26meV)，從而大大提高了 ZnO材料的激發(fā)發(fā)射機(jī)制，降低了室溫下的激射閥值。由于氧化鋅本征缺陷的存在，除了激子復(fù)合和帶間躍遷發(fā)光，還可以得到幾種帶內(nèi)躍遷發(fā)光。隨著人們對(duì)ZnO研究的深入，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種不同的發(fā)光機(jī)制，得到了在不同波長下的多個(gè)發(fā)光峰。這對(duì)滿足不同情況下的多種應(yīng)用提供了很好的選擇。人們正努力對(duì)ZnO材料中不同能量位置的發(fā)光現(xiàn)象進(jìn)行充分的研究，希望可以根據(jù)需要選取制備技術(shù)，控制制備條件，增強(qiáng)所需能量位置的發(fā)光峰，抑制其他發(fā)光峰，從而大大增強(qiáng)ZnO發(fā)光材料方面的應(yīng)用價(jià)值。目前，利用熱絲化學(xué)氣相沉積法制備Zn/ZnO復(fù)合發(fā)光材料還沒有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出了一種方便、有效的制備方法。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的一種Zn/ZnO復(fù)合發(fā)光材料的制備方法，其特征在于包括下述步驟(I)以ZnO粉為源材料，置于石英舟中，石英舟位于鎢燈絲下方Icm處，在離源材料下方2cm處放置鍍金硅襯底，如圖1所示。然后把石英舟置于爐中，并將爐進(jìn)行密封，其中的密封一般是采用耐火磚進(jìn)行封堵；(2)對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行抽真空，直到爐內(nèi)氣壓達(dá)到-O.1MPa，關(guān)閉抽真空裝置，通入惰性氣體氬氣，當(dāng)爐內(nèi)壓力達(dá)到一個(gè)大氣壓時(shí)，開啟抽真空裝置，再次將爐內(nèi)氣壓抽至-O.1MPa ；上述抽真空過程至少重復(fù)操作4次；(3)完成步驟(2)，抽完真空后，對(duì)爐進(jìn)行加熱，直至升溫至950 1050° C，通入IOOsccm氫氣,保溫5 10分鐘；其中的sccm是體積流量單位，英文全稱standard-statecubic centimeter per minute,意義為標(biāo)況毫升每分鐘；(4)然后將爐自然降溫到室溫，取出襯底，襯底上所得產(chǎn)物為Zn/ZnO復(fù)合發(fā)光材料。作為優(yōu)選，上述制備方法的步驟(I)中所述的爐為熱絲化學(xué)氣相沉積爐。
本發(fā)明的上述過程是采用熱絲化學(xué)氣相沉積法，用電子天平稱取一定量的ZnO粉為源材料置于石英舟中，石英舟位于鎢燈絲下方Icm處，在離源材料下方2cm處放置鍍金硅襯底，如圖1所示，然后把石英舟置于爐中，進(jìn)氣出氣口各加一塊耐火磚，封蓋。啟動(dòng)機(jī)械泵，使管內(nèi)氣壓達(dá)到-O.1MPa，關(guān)閥，通入適量氬氣，當(dāng)管內(nèi)壓力達(dá)到一個(gè)大氣壓時(shí)，開閥連通大氣，再次啟動(dòng)機(jī)械泵重復(fù)以上操作四次排除管式爐爐腔內(nèi)的氧氣。啟動(dòng)爐子，升溫至950 1050° C，通入IOOsccm氫氣，保溫5 10分鐘。爐子自然降溫到室溫，關(guān)氣，取出襯底，襯底上所得產(chǎn)物為Zn/ZnO復(fù)合發(fā)光材料。有益效果本發(fā)明制備過程中，所用試劑均為商業(yè)產(chǎn)品，無需繁瑣制備；工藝可控性強(qiáng)，易操作，成本低，制得的產(chǎn)物純度高。


圖1是本發(fā)明方法熱絲化學(xué)氣相沉積反應(yīng)裝置示意圖；圖2是用本發(fā)明1000° C制得的Zn/ZnO復(fù)合發(fā)光材料的掃描電鏡(SEM)照片；圖3是用本發(fā)明1000° C制得的Zn/ZnO復(fù)合發(fā)光材料的掃描電鏡(SEM)照片；圖4是用本發(fā)明1000° C制得的Zn/ZnO復(fù)合發(fā)光材料的X射線衍射(XRD)譜圖；圖5是用本發(fā)明1000° C制得的Zn/ZnO復(fù)合發(fā)光材料的發(fā)光光譜(PL)具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例1用電子天平稱取一定量的ZnO粉為源材料置于石英舟中，石英舟位于鎢燈絲下方Icm處，在離源材料下方2cm處放置鍍金硅襯底，如圖1所示，然后把石英舟置于爐中，進(jìn)氣出氣口各加一塊耐火磚，封蓋。啟動(dòng)機(jī)械泵，使管內(nèi)氣壓達(dá)到-O.1MPa,關(guān)閥,通入適量IS氣，當(dāng)管內(nèi)壓力達(dá)到一個(gè)大氣壓時(shí)，開閥連通大氣，再次啟動(dòng)機(jī)械泵重復(fù)以上操作四次排除管式爐爐腔內(nèi)的氧氣。啟動(dòng)爐子，升溫至1000° C，通入lOOsccm氫氣，保溫5分鐘。爐子自然降溫到室溫，關(guān)氣，取出襯底，襯底上所得產(chǎn)物為Zn/ZnO復(fù)合發(fā)光材料。將所得產(chǎn)物直接在掃描電鏡下觀察，如圖2所示，可以發(fā)現(xiàn)大量直徑在4到5微米的球狀顆粒生成。圖3可以看出，該球狀顆粒為空心結(jié)構(gòu)。圖4的XRD分析表明產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)由六方晶系ZnO和六方晶系Zn組成，形成了復(fù)合結(jié)構(gòu)。圖5為產(chǎn)物的PL圖，其中530nm處的寬峰是由于的生成導(dǎo)致缺陷發(fā)光峰紅移。圖5中存在相對(duì)較強(qiáng)的綠光發(fā)光峰表明該空心復(fù)合結(jié)構(gòu)中存在大量氧空位及Zn空隙的缺陷，提高了單一氧化物的發(fā)光性能。實(shí)施例2如同實(shí)施例1，用電子天平稱取一定量的ZnO粉為源材料置于石英舟中，石英舟位于鎢燈絲下方Icm處，在離源材料下方2cm處放置鍍金硅襯底，如圖1所示，然后把石英舟置于爐中，進(jìn)氣出氣口各加一塊耐火磚，封蓋。啟動(dòng)機(jī)械泵，使管內(nèi)氣壓達(dá)到-0.1MPa,關(guān)閥，通入適量氬氣，當(dāng)管內(nèi)壓力達(dá)到一個(gè)大氣壓時(shí)，開閥連通大氣，再次啟動(dòng)機(jī)械泵重復(fù)以上操作四次排除管式爐爐腔內(nèi)的氧氣。啟動(dòng)爐子，升溫至950° C，通入lOOsccm氫氣，保溫10分鐘。爐子自然降溫到室溫，關(guān)氣，取出襯底，襯底上所得產(chǎn)物為Zn/ZnO復(fù)合發(fā)光材料。產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)、成分及發(fā)光性能均與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3如同實(shí)施例1，用電子天平稱取一定量的ZnO粉為源材料置于石英舟中，石英舟位于鎢燈絲下方Icm處，在離源材料下方2cm處放置鍍金硅襯底，如圖1所示，然后把石英舟置于爐中，進(jìn)氣出氣口各加一塊耐火磚，封蓋。啟動(dòng)機(jī)械泵，使管內(nèi)氣壓達(dá)到-O.1MPa,關(guān)閥，通入適量氬氣，當(dāng)管內(nèi)壓力達(dá)到一個(gè)大氣壓時(shí)，開閥連通大氣，再次啟動(dòng)機(jī)械泵重復(fù)以上操作四次排除管式爐爐腔內(nèi)的氧氣。啟動(dòng)爐子，升溫至985° C，通入lOOsccm氫氣，保溫10分鐘。爐子自然降溫到室溫，關(guān)氣，取出襯底，襯底上所得產(chǎn)物為Zn/ZnO復(fù)合發(fā)光材料。產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)、成分及發(fā)光性能均與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4如同實(shí)施例1，用電子天平稱取一定量的ZnO 粉為源材料置于石英舟中，石英舟位于鎢燈絲下方Icm處，在離源材料下方2cm處放置鍍金硅襯底，如圖1所示，然后把石英舟置于爐中，進(jìn)氣出氣口各加一塊耐火磚，封蓋。啟動(dòng)機(jī)械泵，使管內(nèi)氣壓達(dá)到-O.1MPa,關(guān)閥，通入適量氬氣，當(dāng)管內(nèi)壓力達(dá)到一個(gè)大氣壓時(shí)，開閥連通大氣，再次啟動(dòng)機(jī)械泵重復(fù)以上操作四次排除管式爐爐腔內(nèi)的氧氣。啟動(dòng)爐子，升溫至1015° C，通入lOOsccm氫氣，保溫5分鐘。爐子自然降溫到室溫，關(guān)氣，取出襯底，襯底上所得產(chǎn)物為Zn/ZnO復(fù)合發(fā)光材料。產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)、成分及發(fā)光性能均與實(shí)施例1相同。實(shí)施例5如同實(shí)施例1，用電子天平稱取一定量的ZnO粉為源材料置于石英舟中，石英舟位于鎢燈絲下方Icm處，在離源材料下方2cm處放置鍍金硅襯底，如圖1所示，然后把石英舟置于爐中，進(jìn)氣出氣口各加一塊耐火磚，封蓋。啟動(dòng)機(jī)械泵，使管內(nèi)氣壓達(dá)到-0.1MPa,關(guān)閥，通入適量氬氣，當(dāng)管內(nèi)壓力達(dá)到一個(gè)大氣壓時(shí)，開閥連通大氣，再次啟動(dòng)機(jī)械泵重復(fù)以上操作四次排除管式爐爐腔內(nèi)的氧氣。啟動(dòng)爐子，升溫至1050° C，通入lOOsccm氫氣，保溫8分鐘。爐子自然降溫到室溫，關(guān)氣，取出襯底，襯底上所得產(chǎn)物為Zn/ZnO復(fù)合發(fā)光材料。產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)、成分及發(fā)光性能均與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
1.一種Zn/ZnO復(fù)合發(fā)光材料的制備方法,其特征在于包括下述步驟 (1)以ZnO粉為源材料，置于石英舟中，石英舟位于鎢燈絲下方Icm處，在離源材料下方2cm處放置鍍金硅襯底；然后把石英舟置于爐中，并將爐進(jìn)行密封； (2)對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行抽真空，直到爐內(nèi)氣壓達(dá)到-O.1MPa，關(guān)閉抽真空裝置，通入惰性氣體氬氣，當(dāng)爐內(nèi)壓力達(dá)到一個(gè)大氣壓時(shí)，開啟抽真空裝置，再次將爐內(nèi)氣壓抽至-O.1MPa ； 上述抽真空過程至少重復(fù)操作4次； (3)完成步驟(2)，抽完真空后，對(duì)爐進(jìn)行加熱，直至升溫至950 1050°C，通入IOOsccm氫氣，保溫5 10分鐘； (4)然后將爐自然降溫到室溫，取出襯底，襯底上所得產(chǎn)物為Zn/ZnO復(fù)合發(fā)光材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述的爐為熱絲化學(xué)氣相沉積爐。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合空心結(jié)構(gòu)材料的制備方法，具體是指一種無機(jī)材料鋅/氧化鋅發(fā)光材料的制備方法。本發(fā)明采用熱絲化學(xué)氣相沉積法，將一定量的ZnO粉為源材料置于石英舟中，石英舟位于鎢燈絲下方一定距離處，在離源材料下方一定距離處放置鍍金硅襯底，抽真空后進(jìn)行高溫加熱，再通入氫氣并保溫，在降溫后在襯底上所得產(chǎn)物為Zn/ZnO復(fù)合發(fā)光材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)工藝可控性強(qiáng)，易操作，成本低，制得的產(chǎn)物純度高。本發(fā)明所制備的產(chǎn)品在半導(dǎo)體、照明行業(yè)具有廣泛的用途。
文檔編號(hào)C09K11/54GK103013500SQ201210538938
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者王順利, 李培剛, 沈靜琴, 唐為華 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)