[發(fā)明專利]一種Sn摻雜的ZnO超細(xì)納米線及其合成方法

有效

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• 申請日: 2010-09-14
• 公開（公告）號: CN101935875A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金一政;陳棟棟;葉志鎮(zhèn)
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: C30B29/16
• 分類號: C30B29/16;C30B29/62;C30B7/14;C01G9/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種Sn摻雜的ZnO超細(xì)納米線及其合成方法。

背景技術(shù)

ZnO是一種II-VI族化合物半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能為60meV，是制備室溫和更高溫度下的半導(dǎo)體激光器、紫外探測器、藍(lán)紫光發(fā)光二極管等的理想材料。ZnO一維納米材料由于量子限域效應(yīng)、表面效應(yīng)、壓電效應(yīng)等所具有的優(yōu)于體材料的光學(xué)、電學(xué)和壓電性能等已經(jīng)成為當(dāng)前光電信息研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。在ZnO納米線中進(jìn)行Sn的摻雜，讓Sn替代Zn的位置，可以實(shí)現(xiàn)能帶的調(diào)節(jié)和電學(xué)性能的改變，在制備短波長納米發(fā)光器件和納米光電子器件等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用價(jià)值和研究意義。

目前有一些合成摻Sn的ZnO納米線的方法，主要分為物理方法和化學(xué)方法兩大類，前者主要包括脈沖激光沉積、熱蒸發(fā)法等，后者主要包括金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、溶膠凝膠法、水熱法等。這些制備方法的主要不足是設(shè)備昂貴或工藝復(fù)雜、可控性差、摻雜均勻性差等，并且所獲得的Sn摻雜ZnO納米線的直徑一般在幾百納米至幾十納米，較難觀察到明顯的量子限域效應(yīng)，同時(shí)摻雜的不均勻性也大大地限制了其在納米光電器件領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種成本低廉、可控性好、高結(jié)晶質(zhì)量的Sn摻雜ZnO超細(xì)納米線及其合成方法。

本發(fā)明的Sn摻雜ZnO超細(xì)納米線，具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，納米線的直徑為1～10納米，長度為2～10000納米。

Sn摻雜ZnO超細(xì)納米線的合成方法，包括以下步驟：

1)將脂肪酸鋅、脂肪酸錫、油胺和沸點(diǎn)為200～350℃的有機(jī)溶劑混合置于反應(yīng)燒瓶中。在惰性保護(hù)氣氛下，磁力攪拌均勻，升溫至50～200℃后，保溫1～1000分鐘，脂肪酸鋅∶脂肪酸錫的摩爾比1∶1～100∶1，脂肪胺∶脂肪酸鋅和脂肪酸錫的總量的摩爾比為1∶1～50∶1；

2)然后在惰性保護(hù)氣氛下加熱到200～350℃，保溫1～1000分鐘，冷卻至室溫；

3)將反應(yīng)混合物離心分離，得到Sn摻雜的ZnO超細(xì)納米線。

本發(fā)明中，所述的脂肪酸鋅是硬脂酸鋅。脂肪酸錫是檸檬酸錫。脂肪胺是油胺。

本發(fā)明中，所述的沸點(diǎn)為200～350℃的有機(jī)溶劑可以是正辛醚、1-十八烯、二苯醚。有機(jī)溶劑作為脂肪酸鋅、脂肪酸錫溶解和反應(yīng)進(jìn)行的介質(zhì)，其用量沒有特殊的要求。

所述的惰性保護(hù)氣體是純度為99％以上的氬氣或氮?dú)狻?/p>

本發(fā)明通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液的加熱溫度和反應(yīng)時(shí)間可以控制Sn摻雜的ZnO超細(xì)納米線的長度和直徑，通過調(diào)節(jié)脂肪酸鋅和脂肪酸錫的摩爾比可以改變ZnO納米線中Sn的實(shí)際摻雜含量，實(shí)現(xiàn)ZnO納米線的形貌和分散性的調(diào)節(jié)。本發(fā)明制備工藝簡單、成本較低、重復(fù)性好、易于工業(yè)化生產(chǎn)。獲得的Sn摻雜ZnO超細(xì)納米線的直徑為1～10納米，與室溫下ZnO體單晶的激子玻爾半徑1.8納米接近，具有很強(qiáng)的量子限域效應(yīng)，同時(shí)Sn的摻入對電學(xué)性能的改變，有望在溶液法為基礎(chǔ)的紫外探測器、柔性顯示和傳感器等眾多領(lǐng)域應(yīng)用。

附圖說明

圖1是Sn摻雜的ZnO超細(xì)納米線的XRD圖；

圖2是Sn摻雜的ZnO超細(xì)納米線的TEM照片；

圖3是Sn摻雜的ZnO超細(xì)納米線的XPS圖；

圖4是Sn摻雜的ZnO超細(xì)納米線的紫外可見吸收光譜圖。

具體實(shí)施方式

以下為采用本發(fā)明方法合成Sn摻雜的ZnO超細(xì)納米線的實(shí)例，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。

實(shí)施例1

1)稱取1mmol硬脂酸鋅、0.1mmol硬脂酸錫(摩爾比為10∶1)、7mmol的油胺和10ml的1-十八烯置于50ml反應(yīng)燒瓶中，在惰性保護(hù)氣氛下，磁力攪拌升溫至140℃，然后保溫20min。

2)在惰性保護(hù)氣氛下把溫度升至340℃，保溫30分鐘，用水浴冷卻反應(yīng)溶液至室溫，將反應(yīng)混合物離心分離，獲得Sn摻雜的ZnO超細(xì)納米線。