[發(fā)明專利]一種海膽結(jié)構(gòu)氧化鎵微結(jié)構(gòu)及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011284401.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112516931B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 穆文祥;張潔;付博;賈志泰;陶緒堂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J13/02
• 分類號(hào): B01J13/02;B01J13/06;B01J13/04
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 楊磊

本發(fā)明涉及一種海膽結(jié)構(gòu)氧化鎵微結(jié)構(gòu)及其制備方法與應(yīng)用，該微結(jié)構(gòu)的微觀形貌為微球表面均勻分布有納米線，這種結(jié)構(gòu)類似于海膽結(jié)構(gòu)。制備過(guò)程在無(wú)催化劑、無(wú)模板條件下進(jìn)行，整個(gè)操作過(guò)程無(wú)高昂的設(shè)備、苛刻的條件、及復(fù)雜的操作，是一種氧化鎵納米材料的革新性制備方式。并且該制備方法對(duì)不同的襯底具有普適性，整個(gè)操作的重復(fù)性極好可用于后續(xù)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)建立，可通過(guò)在鎵中摻雜其他金屬來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電能帶的調(diào)控。本發(fā)明的海膽結(jié)構(gòu)氧化鎵微結(jié)構(gòu)表面的納米線均勻分布，其超大的比表面積、定向的電子傳輸通道等在光催化、太陽(yáng)盲點(diǎn)探測(cè)器、電池材料、氣體探測(cè)器等領(lǐng)域具有十分重要的潛在的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型形貌的(摻雜)海膽結(jié)構(gòu)氧化鎵微球的快速簡(jiǎn)易制備方法，特別涉及(摻雜)海膽結(jié)構(gòu)氧化鎵微球的無(wú)模板、無(wú)催化、高效、低成本制備的方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

如今，不同形貌的納米結(jié)構(gòu)引起了人們的廣泛關(guān)注，在各個(gè)領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，發(fā)揮了重要作用。具有超寬帶隙的材料因其具有更高的禁帶寬度、熱導(dǎo)率以及材料穩(wěn)定性，在新一代深紫外光電器件、高壓大功率電力電子器件等意義重大的應(yīng)用領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢(shì)和巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＱ趸壘哂?.9電子伏特的超帶隙能量、8 MV/cm的更高擊穿電場(chǎng)、超過(guò)3000的巴利加優(yōu)值和更好的熱穩(wěn)定性，在軍事和民用領(lǐng)域備受關(guān)注。到目前為止，氧化鎵共有八種晶相。其中β-Ga₂O₃從熱力學(xué)角度來(lái)看是最穩(wěn)定的，經(jīng)過(guò)一定的處理后，其他7個(gè)相可能轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Ga₂O₃。隨著技術(shù)的進(jìn)步，器件逐漸向小型化發(fā)展，為了適應(yīng)微型器件的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)半導(dǎo)體的性能以及器件的尺寸和形貌也提出了更高的要求。眾所周知，所用材料的形狀、尺寸以及成分至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈冎苯硬?qiáng)烈地影響電氣和光學(xué)特性。納米材料(包括納米線、納米片、納米棒、納米球等)的設(shè)計(jì)與合成相對(duì)于塊體晶體而言。因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，如小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等，具有重要的研究意義。

納米線通常具有較大的比表面積和光俘獲能力，徑向的結(jié)構(gòu)可為電子傳輸提供直接通道，大大增加了電荷的擴(kuò)散長(zhǎng)度，降低了復(fù)合率。在超密集集成電路、氣體傳感器、光電化學(xué)產(chǎn)氫和光電探測(cè)器中表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。對(duì)于氧化鎵的中空結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其中空顆粒內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)可以通過(guò)增加活性材料的重量分?jǐn)?shù)來(lái)改善電極的ENDE效應(yīng)，并且可以減少電子/離子的轉(zhuǎn)移通道和減少材料的團(tuán)聚，這對(duì)于電催化劑、超級(jí)電容器、鋰離子電池是非常重要的。在光催化降解實(shí)驗(yàn)中，微球具有中空結(jié)構(gòu)，比其他形態(tài)具有更好的光催化活性。納米片則具有大的比表面積和二維超薄結(jié)構(gòu)等獨(dú)特性能，可用于柔性器件、電池材料、光致發(fā)光、太陽(yáng)能盲探測(cè)器等。綜上所述，不同的形貌和結(jié)構(gòu)對(duì)材料的性能和應(yīng)用有著重要的影響。然而，對(duì)氧化鎵納米結(jié)構(gòu)的研究還仍待完善，氧化鎵的形貌和性能還需要進(jìn)一步研究，尤其其微納結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)易、低成本的合成方法。

對(duì)于特殊的形貌的金屬氧化物制備，傳統(tǒng)的方法主要有金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法、脈沖激光沉積法、分子束外延法、激光燒蝕法、電弧放電法、微波等離子體法等。然而，傳統(tǒng)的方法中，有的需要特殊催化劑或者模板存在，有的需要苛刻的實(shí)驗(yàn)條件或昂貴的設(shè)備。因此，研究工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)率高，重復(fù)性好的金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)的制備具有重要意義。

目前，對(duì)于氧化鎵微結(jié)構(gòu)，尤其是海膽狀微球這種大比表面積的β-Ga₂O₃微結(jié)構(gòu)未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容