[發(fā)明專利]熔鹽模板法制備Zn1?xMgxO納米棒的方法

有效

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• 申請日: 2014-12-03
• 公開（公告）號: CN105712392B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 戴英;裴新美;馬麗龍;陳文
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: C01G9/00
• 分類號: C01G9/00;B82Y30/00
• 代理公司: 深圳市順天達(dá)專利商標(biāo)代理有限公司44217
• 代理人: 郭偉剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料領(lǐng)域，尤其涉及一種通過熔鹽模板法制備Zn_1-xMg_xO納米棒的方法。

背景技術(shù)

氧化鋅(ZnO)基材料是一種直接帶隙材料，其在可見光區(qū)域基本透明，但是在紫外光譜區(qū)會有強(qiáng)烈吸收，對制造出具有高信噪比的紫外光電探測器具有重要意義。Mg²⁺摻雜ZnO可以調(diào)節(jié)其能帶，且該材料無毒、資源豐富；此外，由于ZnO制備簡單，而且有匹配的基片，從而使制備高效率高性能的Zn_1-xMg_xO紫外光電器件成為可能。

Zn_1-xMg_xO同時具有ZnO和MgO的良好化學(xué)性能穩(wěn)定性，其性能取決于ZnO和MgO的基本性能，鋅離子半徑(Zn²⁺＝0.060nm)和鎂離子半徑(Mg²⁺＝0.057nm)十分相近，鋅離子和鎂離子可以在各自晶格中相互取代形成Zn_1-xMg_xO替代式合金。在保持ZnO原有的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)不變的前提下，Zn_1-xMg_xO合金材料在理論上可以實現(xiàn)ZnO的禁帶寬度變寬，而MgO的禁帶寬度為7.9eV，所以可以通過改變Mg的摻入量，使Zn_1-xMg_xO材料的禁帶寬度在3.3eV～7.9eV上實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，但是由于受到MgO在ZnO中固溶度的限制，保持單一六方相的Zn_1-xMg_xO的帶隙范圍還有待進(jìn)一步進(jìn)行研究。

在常壓條件下，要保持氧化鋅的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)不改變，通過計算可以得到MgO在ZnO中的熱力學(xué)固溶極限將會低于4at％。但是，如果在偏離熱力學(xué)平衡的情況下，MgO-ZnO體系的固溶度將會得到提高，并且偏離熱力學(xué)平衡狀態(tài)的程度越大，MgO固溶于ZnO體系中越高。所以，可以使用非平衡制備技術(shù)來制備出突破固溶度極限的Zn_1-xMg_xO材料。目前，國內(nèi)外比較常用的技術(shù)方法有脈沖激光沉積法(PLD)、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法(MOCVD 或者M(jìn)OVPE)、分子束外延法(MBE)、磁控濺射法(MS)、熱蒸發(fā)法、溶膠凝膠法(Sol-gel)、熔鹽法等。各種方法都有其自身的優(yōu)點和缺點，而根據(jù)不同的用途可以采用不同的方法來制備Zn_1-xMg_xO材料。脈沖激光沉積法適合用來制備具有多組分的復(fù)雜薄膜，容易制備出異質(zhì)結(jié)或者各種不同的多層膜；而MOCVD法生長薄膜質(zhì)量最好，但是成本較高；分子束外延法需要超高真空環(huán)境，不適合大面積成膜；磁控濺射法是一種比較成熟的制膜方法，但是難以找出匹配的靶材。熱蒸發(fā)法相對來說成本較低，操作簡單，但是難以控制材料的成分的化學(xué)計量比。熔鹽法(Molten-salt Growth Method)是將溶質(zhì)或反應(yīng)物加入一種或多種低熔點的鹽中，在較高溫度下，低熔點的鹽會發(fā)生熔融，溶質(zhì)或者反應(yīng)物會加速溶解進(jìn)而完成合成反應(yīng)的過程。該方法采用低熔點的鹽類為介質(zhì)，在高溫下低熔點的鹽類會發(fā)生熔融轉(zhuǎn)變成液相，溶質(zhì)或者反應(yīng)物在其中有一定的溶解度，加速了原子的擴(kuò)散速率，使原子之間接觸更加充分，實現(xiàn)原子尺度混合。該方法相對于一般的固相反應(yīng)具有操作工藝簡單，成本低，合成溫度低，保溫時間短，原料簡單，合成的粉體晶體形貌好，化學(xué)成分均勻，純度高等優(yōu)點；另外，反應(yīng)后的鹽介質(zhì)容易除去，還可以重復(fù)利用，可以實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。目前，還沒有通過熔鹽法制備Zn_1-xMg_xO納米棒的方法。