专利名称：一种Sn掺杂的ZnO超细纳米线及其合成方法
技术领域：
本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种Sn掺杂的ZnO超细纳米线及其合成方法。
背景技术：
ZnO是一种II-VI族化合物半导体材料，室温下禁带宽度为3. 37eV,激子束缚能为 60meV，是制备室温和更高温度下的半导体激光器、紫外探测器、蓝紫光发光二极管等的理 想材料。ZnO —维纳米材料由于量子限域效应、表面效应、压电效应等所具有的优于体材料 的光学、电学和压电性能等已经成为当前光电信息研究领域的热点。在ZnO纳米线中进行 Sn的掺杂，让Sn替代Zn的位置，可以实现能带的调节和电学性能的改变，在制备短波长纳 米发光器件和纳米光电子器件等领域具有很好的应用价值和研究意义。目前有一些合成掺Sn的ZnO纳米线的方法，主要分为物理方法和化学方法两大 类，前者主要包括脉冲激光沉积、热蒸发法等，后者主要包括金属有机化学气相沉积、溶胶 凝胶法、水热法等。这些制备方法的主要不足是设备昂贵或工艺复杂、可控性差、掺杂均勻 性差等，并且所获得的Sn掺杂ZnO纳米线的直径一般在几百纳米至几十纳米，较难观察到 明显的量子限域效应，同时掺杂的不均勻性也大大地限制了其在纳米光电器件领域的应 用。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低廉、可控性好、高结晶质量的Sn掺杂ZnO超细纳 米线及其合成方法。本发明的Sn掺杂ZnO超细纳米线，具有六方纤锌矿结构，纳米线的直径为1 10 纳米，长度为2 10000纳米。Sn掺杂ZnO超细纳米线的合成方法，包括以下步骤1)将脂肪酸锌、脂肪酸锡、油胺和沸点为200 350°C的有机溶剂混合置于反应烧 瓶中。在惰性保护气氛下，磁力搅拌均勻，升温至50 20(TC后，保温1 1000分钟，脂肪 酸锌脂肪酸锡的摩尔比1 1 100 1，脂肪胺脂肪酸锌和脂肪酸锡的总量的摩尔比 为 1 1 50 1 ；2)然后在惰性保护气氛下加热到200 350°C，保温1 1000分钟，冷却至室温；3)将反应混合物离心分离，得到Sn掺杂的ZnO超细纳米线。本发明中，所述的脂肪酸锌是硬脂酸锌。脂肪酸锡是柠檬酸锡。脂肪胺是油胺。本发明中，所述的沸点为200 350°C的有机溶剂可以是正辛醚、1-十八烯、二苯 醚。有机溶剂作为脂肪酸锌、脂肪酸锡溶解和反应进行的介质，其用量没有特殊的要求。所述的惰性保护气体是纯度为99%以上的氩气或氮气。本发明通过调节反应溶液的加热温度和反应时间可以控制Sn掺杂的ZnO超细纳 米线的长度和直径，通过调节脂肪酸锌和脂肪酸锡的摩尔比可以改变ZnO纳米线中Sn的实际掺杂含量，实现ZnO纳米线的形貌和分散性的调节。本发明制备工艺简单、成本较低、重 复性好、易于工业化生产。获得的Sn掺杂ZnO超细纳米线的直径为1 10纳米，与室温下 ZnO体单晶的激子玻尔半径1. 8纳米接近，具有很强的量子限域效应，同时Sn的掺入对电学 性能的改变，有望在溶液法为基础的紫外探测器、柔性显示和传感器等众多领域应用。
图1是Sn掺杂的ZnO超细纳米线的XRD图；图2是Sn掺杂的ZnO超细纳米线的TEM照片；图3是Sn掺杂的ZnO超细纳米线的XPS图；图4是Sn掺杂的ZnO超细纳米线的紫外可见吸收光谱图。
具体实施例方式以下为采用本发明方法合成Sn掺杂的ZnO超细纳米线的实例，但本发明并不限于 这些实施例。实施例11)称取Immol硬脂酸锌、0. Immol硬脂酸锡(摩尔比为10 1)、7mmol的油胺和 IOml的1-十八烯置于50ml反应烧瓶中，在惰性保护气氛下，磁力搅拌升温至140°C，然后 保温20min。2)在惰性保护气氛下把温度升至340°C，保温30分钟，用水浴冷却反应溶液至室 温，将反应混合物离心分离，获得Sn掺杂的ZnO超细纳米线。将得到的绿色产物干燥后，进行XRD测试，测试结果见图1。图1中的峰都是纤锌 矿ZnO相的主要峰位，证明得到的产物是纤锌矿结构；产物的TEM电镜照片见图2，从图中 可以看出，纳米线的直径为3 5纳米，长度为50 200纳米。对纳米线进行XPS测试，测 试结果见图3，从图中可知纳米线中锡元素的信号很强，证明Sn元素确实掺杂进入ZnO纳米 线。与锌元素的信号比较，计算得出两者含量比Zn Sn为16 1。对产物进行紫外可见 吸收测试，测试结果见图4，从图4可知，掺Sn的ZnO纳米线具有明显的激子吸收峰特征，并 且峰位明显蓝移到332纳米，这是由于Sn的有效掺入和强量子限域效应共同作用的结果。实施例21)称取Immol硬脂酸锌、0. 2mmol柠檬酸锡(摩尔比为5 1)、IOmmol十八胺和 IOml的正辛醚置于50ml反应烧瓶中，然后保温10分钟。2)在惰性气氛保护下把温度升至250°C，并保温60分钟，用水浴冷却反应溶液至 室温，将反应混合物离心分离，获得直径为2 6纳米、长度为100 200纳米的Sn掺杂的 ZnO超细纳米线。实施例31)称取Immol硬脂酸锌、0. 3mmol柠檬酸锡(摩尔比为10 3)、5mmol十二胺和 12ml的二苯醚置于50ml反应烧瓶中，在惰性气氛保护下，磁力搅拌升温至150°C，然后保温 30分钟。2)在惰性气氛保护下把温度升至210°C，并保温20分钟，用水浴冷却反应溶液至 室温，将反应混合物离心分离，获得直径为2 4纳米、长度为100 300纳米的Sn掺杂的ZnO超细纳米线。实施例41)称取Immol肉豆蔻酸锌、0. 15mmol月桂酸锡(摩尔比为100 15)、7mmol十二 胺和15ml的二十烷置于50ml反应烧瓶中，在惰性气氛保护下，磁力搅拌升温至160°C，然后 保温30分钟。2)在惰性气氛保护下把温度升至280°C，并保温120分钟，用水浴冷却反应溶液至 室温，将反应混合物离心分离，获得直径为5 8纳米、长度为100 700纳米的Sn掺杂的 ZnO超细纳米线。实施例51)称取Immol油酸锌、0. 25mmol亚油酸酸锡(摩尔比为4 l)、10mmol辛胺和 15ml的十八烷置于50ml反应烧瓶中，在惰性气氛保护下，磁力搅拌升温至110°C，然后保温 30分钟。2)在惰性气氛保护下把温度升至230°C，并保温40分钟，用水浴冷却反应溶液至 室温，将反应混合物离心分离，获得直径为3 5纳米、长度为100 250纳米的Sn掺杂的 ZnO超细纳米线。
权利要求
一种Sn掺杂的ZnO超细纳米线，其特征在于该纳米线具有六方纤锌矿结构，纳米线的直径为1～10纳米，长度为2～10000纳米。
2.一种如权利要求1所述的Sn掺杂的ZnO超细纳米线的合成方法，其特征在于包括以 下步骤1)将脂肪酸锌、脂肪酸锡、脂肪胺和沸点为200 350°C的有机溶剂混合置于反应器 中，在惰性保护气氛下磁力搅拌均勻，升温至50 200°C后保温1 1000分钟，脂肪酸锌 脂肪酸锡的摩尔比为1 1 100 1，脂肪胺脂肪酸锌和脂肪酸锡的总量的摩尔比为 1 1 20 1 ；2)然后在惰性保护气氛下加热到200 350°C，保温1 1000分钟，冷却至室温；3)将反应产物离心分离，得到Sn掺杂的ZnO超细纳米线。
3.根据权利要求2所述的一种Sn掺杂的ZnO超细纳米线的合成方法，其特征在于所 述的脂肪酸锌是醋酸锌、丙酸锌、十一烯酸锌、葡萄糖酸锌、庚酸锌、柠檬酸锌、肉豆蔻酸锌、 月桂酸锌、棕榈酸锌、油酸锌、亚油酸锌或硬脂酸锌。
4.根据权利要求2所述的一种Sn掺杂的ZnO超细纳米线的合成方法，其特征在于所述 的脂肪酸锡是醋酸锡、葡萄糖酸锡、肉豆蔻酸锡、月桂酸锡、棕榈酸锡、油酸锡、亚油酸锡或 柠檬酸锡。
5.根据权利要求2所述的一种Sn掺杂的ZnO超细纳米线的合成方法，其特征在于所述 的脂肪胺是己胺、辛胺、癸胺、十二胺、十四胺、十六胺、十八胺或油胺。
6.根据权利要求2所述的一种Sn掺杂的ZnO超细纳米线的合成方法，其特征在于所 述的沸点为200 350°C的有机溶剂是正辛醚、二苯醚、十四烷、十六烷、十八烷、二十烷或 1-十八烯。
7.根据权利要求2所述的一种Sn掺杂的ZnO超细纳米线的合成方法，其特征在于所说 的惰性保护气体是纯度为99%以上的氩气或氮气。
全文摘要
本发明公开了一种Sn掺杂的ZnO超细纳米线及其合成方法。该纳米线具有六方纤锌矿结构，纳米线的直径为1～10纳米，长度为2～10000纳米。其合成步骤如下将脂肪酸锌、脂肪酸锡、脂肪胺和高沸点有机溶剂混合置于反应烧瓶中，在惰性保护气氛下，磁力搅拌加热至50～200℃，保温1～1000分钟，然后在惰性保护气氛下加热到200～350℃，保温1～1000分钟，离心分离，得Sn掺杂的ZnO超细纳米线。本发明制备工艺简单、成本较低、重复性好、易于工业化生产，有望在透明导电薄膜、柔性显示器件、薄膜晶体管、传感器等诸多领域得到应用。
文档编号C30B7/14GK101935875SQ20101028164
公开日2011年1月5日 申请日期2010年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者叶志镇, 金一政, 陈栋栋 申请人:浙江大学