[發(fā)明專利]一種Ga-Sn共摻雜ZnO納米帶及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410036548.1
• 申請日: 2014-01-26
• 公開（公告）號: CN103771491A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于靈敏;范新會;雷曼;韋建松;劉盛;楊冰;嚴文
• 申請（專利權(quán)）人: 西安工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;B82Y30/00
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務(wù)所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種Ga-Sn共摻雜ZnO納米帶及其制備方法。?

背景技術(shù)

ZnO納米帶自2001年被報道以來受到國際上研究學(xué)者的極大關(guān)注，因為它的平面結(jié)構(gòu)和長方形的橫截面使其具有較大的比表面積。它對表面化學(xué)的改變非常敏感，當一個分子吸附在納米帶表面時，在氣體分子和納米帶表面間就會發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。因此，吸附氣體分子會大大的改變納米帶表面的介電特性。作為氣敏材料，納米帶將具有優(yōu)異的氣敏特性。?

目前，制備納米帶的方法主要有水熱法^[1],?溶膠-凝膠法^[2],?金屬有機物化學(xué)氣相沉積法^[3],?物理熱蒸發(fā)法^[4]等。但是水熱法得到的產(chǎn)物中既有納米線又有納米帶，形貌不純，而且工藝參數(shù)不易控制。而溶膠凝膠法得到的ZnO納米帶為單晶納米顆粒經(jīng)自組織形成的多孔多晶納米帶。金屬有機物化學(xué)氣相沉積法程序復(fù)雜，設(shè)備昂貴。物理熱蒸發(fā)法是一種應(yīng)用最廣泛的納米帶制備方法，但是在已發(fā)表的文獻中，多數(shù)需要用到金屬催化劑，如在單晶Si襯底上鍍一層Au薄膜，或者在蒸發(fā)原料中添加CuO催化劑，文獻中都提到這些催化劑對生長納米帶起到了重要作用。除此之外，還需要大于1000℃的蒸發(fā)溫度。?

目前已有的文獻多集中于純ZnO?納米帶的氣敏性能。王廣寧^[8]等報道了利用CVD法生長的分級結(jié)構(gòu)的ZnO納米帶對有機揮發(fā)性氣體的氣敏特性，結(jié)果表明在工作溫度為225℃時對有機揮發(fā)性氣體具有快速的響應(yīng)-恢復(fù)特性。但是該結(jié)構(gòu)的ZnO納米帶對1000ppm的酒精的氣體靈敏度僅為9.2。Mingshui?Yao^[9]等報道了球形花樣ZnO納米帶陣列對苯的氣敏性能，結(jié)果表明在工作溫度為500℃時，對44.1ppm的苯的靈敏度為17.37.?Y.?Xi^[10]等報道了ZnO納米帶對O₂和N₂的氣敏特性，研究結(jié)果表明對O₂和N₂的最佳工作溫度分別為220℃和305℃.?Chan?Woong?Na^[11]等報道了具有穿孔結(jié)構(gòu)的ZnO納米帶對三甲胺的氣敏特性，結(jié)果表明在450℃工作溫度下，對5ppm的三甲胺的靈敏度為41.04。?

從以上文獻報道可以看出，純ZnO納米帶在較低的工作溫度下對氣體就具有較低的氣體靈敏度，而較高的工作溫度就會導(dǎo)致大功耗。氣敏過程從本質(zhì)上講是一個電子轉(zhuǎn)移過程,氧化物的帶隙結(jié)構(gòu)是影響電子轉(zhuǎn)移過程的內(nèi)因。雜質(zhì)對半導(dǎo)體氧化物的電子結(jié)構(gòu)影響較為顯著,在半導(dǎo)體氧化物晶體中摻入金屬雜質(zhì),依據(jù)金屬雜質(zhì)的存在狀態(tài)和元素性質(zhì)的不同可以在禁帶添加施主能級或受主能級。如果附加能級E《E_g?,能帶間的電子躍遷效率將大幅提高,氣敏反應(yīng)更為顯著。因此，通過摻雜來降低工作溫度并提高氣體靈敏度是一個有效途徑。?

目前有關(guān)物理熱蒸發(fā)制備摻雜的ZnO納米帶的文獻報道多集中于單元素摻雜，如In摻雜的ZnO納米帶^[5]，是以Au為催化劑，以Zn和In₂O₃的混合粉末先在10Mpa下壓成片后經(jīng)500℃退火5小時，900℃退火12小時后，將壓片研磨成粉，再在1400℃下熱蒸發(fā)1h,保溫30分鐘后得到In摻雜的ZnO納米帶。Sb摻雜的ZnO納米帶^[6]，是以Zn和Sb₂O₅的混合粉末為蒸發(fā)原料，在680℃的蒸發(fā)溫度下制備得到的。Sn摻雜的ZnO納米帶^[7]，是以ZnO和SnO₂的混合粉末為蒸發(fā)源，在1200℃的蒸發(fā)溫度下制備得到的。除此之外，還有以Sn晶粒和ZnO的混合粉末為蒸發(fā)源，在1300℃的蒸發(fā)溫度下保溫30min得到Sn摻雜的ZnO納米帶。當Sn晶粒的摻雜比例超過2.1at%時，就會形成ZnSnO₄。?

單元素摻雜的ZnO納米帶還是存在著以下的問題：1、靈敏度還是不夠高，以Al摻雜的ZnO納米棒為例，其在300℃工作溫度下對500ppm的酒精的靈敏度只能達到34.1；2、制備時仍然需要金屬催化劑，原料成本高且會造成污染；3、需要高溫來進行操作，能耗高，安全性差。?

參考文獻：?