专利名称：一种绿光发射氧化锌纳米棒的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种绿光发射氧化锌纳米棒的制备方法。
背景技术：
氧化锌(ZnO)具有宽的带斷3.37eV)和高的禁带激发能( 59meV)。纳米结构 ZnO表现出许多特殊的性质，如非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线 能力等，利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇特性能，可制造气体传感器、 荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、图像记录材料、压电材料、压敏电阻和高 效催化剂等。特别是一维ZnO纳米材料以其优异的性能以及他们在陶瓷，压电传 感器，催化剂，发光器件等领域具有潜在的应用前景，从而引起了研究者广泛的 关注。 一维ZnO纳米材料的制备方法很多，如热氧化法、溶胶凝胶法、电泳沉积 法、电化学沉积、水热法和化学气相传输法等，按照生长机理一维ZnO纳米材料 的制备方法还可以分为气-液-固(VLS)，气固生长(VS)和模板协理生长等， 其中VLS机理生长以液滴形成过程作为判断催化的依据，催化剂通常为铜、金、 钴等过渡金属的纳米级颗粒或者薄膜，以VS机理合成ZnO—维纳米材料一般采 用高温热蒸发锌粉(85(TC)或蒸发氧化锌粉(140(TC)的方法。以VLS机理合 成ZnO—维纳米材料中含有残留金属催化剂会影响纳米材料的纯度和各种性能。
本发明以Zn(N03)2、和NaOH为原料，在的表面合成出前驱物Zn(OH)2，然 后在氮气保护的水平管式炉中，采用热蒸发与Zn(OH)2混合物的方法，以硅片为 沉积基底制备ZnO纳米线。通过X射线衍射分析产物的成分，场发射扫描电镜观 察产物的形貌，并考察了其光致发光性能。该法与传统的方法相比，具有设备 简单、产物纯度高、无需金属催化剂和较贵的氩气和氢气等一系列优点，而且 具有强的绿光发射能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绿光发射氧化锌纳米棒的制备方法，先制备 Z《OH)2包覆混合物，确保混合均匀，并采用热蒸发与Zn(OH》混合物的方法合 成氧化锌纳米棒，该氧化锌纳米棒具有强的绿光发射性能。
本发明采用的技术方案如下
在NaOH水溶液中加入碳黑粉，超声分散，然后在磁力搅拌下，将Zn(N03)2 水溶液加入到分散有粉的NaOH溶液中，使得生成的Zn(OH)2沉淀在活性碳黑粉表面，确保粉和Zn(OH)2絮状沉淀物充分混合，反应结束后过滤，用去离子水多 次洗涤沉淀混合物，滤干后放入烘箱烘干；混合物中碳黑粉与Zn(OH)2的质量百 分比为0.5 3: 1;将千燥的碳黑粉与Zn(OH)2混合物研磨成粉状平铺在氧化铝瓷 舟底部，硅片基底沉积面朝下扣在瓷舟上，锌粉表面与硅基片间保持距离；将 装好料的瓷舟置于水平刚玉管式炉中，用旋片式真空泵对管式炉抽真空，再通 入氮气加以保护，加热炉温升温到800 100(TC，保温1 10个小时，关掉电源， 冷却后取出样品，能看到硅基片表面有一层松软的白色沉积物；通过X射线衍射
分析产物的成分，场发射扫描电镜观察产物的形貌，并考察了其光致发光性能， 结果表明在硅片基底表面合成了具有强的绿光发射性能的氧化锌纳米棒。
在整个热蒸发与Zn(OH)2混合物的过程中，碳作为反应原料起到了主要作 用，没有碳参与则硅片基底上没有得到氧化锌纳米棒。ZnO纳米棒的生长应该是 气固生长机理进行，在ZnO纳米棒的制备过程中可能起到如下作用在高温下， 包覆在颗粒周围的Zn(OH)2先分解为ZnO颗粒和H20， H20分子与颗粒反应生成还 原性气体CO和H2，还原性气体的存在不仅促成了ZnO纳米棒的生成，而且还可 能会导致生成ZnO纳米棒晶体的氧空位增加，这一点在ZnO纳米棒强的绿光发射 性能中体现出来。多数文献认为氧化锌的绿光发射是由于氧空位引起的深能级 缺陷发光。
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是
本发明采用简单的热蒸发与Zn(OH)2混合物的方法，在硅片基底表面合成具 有强的绿光发射性能的氧化锌纳米棒，与背景技术相比，具有的如下有益的效 果
1. 采用热蒸发与Zn(OH)2混合物的方法制备ZnO纳米线与传统的方法相比， 具有设备简单、产物纯度高、无需金属催化剂等一系列优点；此外反应原料廉 价、反应温度不高、无需较贵的氩气和氢气等优点保证了ZnO纳米棒制备成本低。
2. Zn(OH)2直接沉淀在活性碳黑粉表面，确保粉和Zn(OH)2沉淀物充分混合。
3. 采用这种热蒸发与Zn(OH)2混合物的方法制备的ZnO纳米线具有强的绿光 发生性能。
图1是产物的XRD图谱。 图2是ZnO纳米棒的扫描电镜照片。
图3是ZnO纳米棒的室温光致发光光谱(激发光波长为340nm)。
具体实施方式
实施例l:
在NaOH水溶液中加入碳黑粉，超声分散，然后在磁力搅拌下，将Zn(N03)2 水溶液缓慢加入到分散有粉的NaOH溶液中，使得生成的Zn(OH)2沉淀在活性 碳黑粉表面，确保粉和Zn(OH)2絮状沉淀物充分混合，反应结束后过滤，用去 离子水多次洗涤沉淀混合物，滤干后放入烘箱烘干。混合物中碳黑粉与Zn(OH)2 的质量比为1: 1。将干燥的与Zn(OH)2混合物研磨成粉状平铺在氧化铝瓷舟底 部，硅基片沉积面朝下扣在瓷舟上，锌粉表面与硅基片间保持一定距离。将装 好料的瓷舟置于水平刚玉管式炉中。用旋片式真空泵对管式炉抽真空，抽至 10Pa，再通入氮气加以保护。加热炉温升温到850'C，保温4个小时，关掉电源， 冷却后取出样品，可以看到硅基片表面有一层松软的白色沉积物。通过X射线 衍射分析产物的成分，场发射扫描电镜观察产物的形貌，并考察了其光致发光 性能。结果表明在硅片基底表面合成了具有强绿光发射性能的氧化锌纳米棒。 见附图，图1为产物的XRD图谱，图中标注了衍射峰及相应的米勒指数，通过 分析对比，发现其与六方晶型氧化锌纤锌矿结构相符。图2为ZnO纳米棒的扫 描电镜照片，可见ZnO纳米棒具有尖型头部。图3为以Xe作为激发光源，光 波长为340nm的激发光激发下，ZnO纳米棒的室温光致发光光谱图，结果显示 位于495nm附近一个强的绿光发射峰。
实施例2:
在NaOH水溶液中加入碳黑粉，超声分散，然后在磁力搅拌下，将Zn(NCb)2 水溶液缓慢加入到分散有粉的NaOH溶液中，使得生成的Zn(OH)2沉淀在活性碳 黑粉表面，确保粉和Zn(OH)2絮状沉淀物充分混合，反应结束后过滤，用去离子 水多次洗涤沉淀混合物，滤干后放入烘箱烘干。混合物中与Zn(OH)2的质量比为 0.5: 1。将干燥的与Zn(OH)2混合物研磨成粉状平铺在氧化铝瓷舟底部，硅基片 沉积面朝下扣在瓷舟上，锌粉表面与硅基片间保持一定距离。将装好料的瓷舟 置于水平刚玉管式炉中。用旋片式真空泵对管式炉抽真空，抽至10Pa，再通入 氮气加以保护。加热炉温升温到100(TC,保温10个小时，关掉电源，冷却后取 出样品，可以看到硅基片表面有一层松软的白色沉积物。通过X射线衍射分析产 物的成分，场发射扫描电镜观察产物的形貌，并考察了其光致发光性能。结果 表明在硅片基底表面合成了具有强绿光发射性能的氧化锌纳米棒。
实施例3:
在NaOH水溶液中加入碳黑粉，超声分散，然后在磁力搅拌下，将Zn(N03)2 水溶液缓慢加入到分散有粉的NaOH溶液中，使得生成的Zn(OH)2沉淀在活性碳黑粉表面，确保粉和Zn(OH)2絮状沉淀物充分混合，反应结束后过滤，用去离子 水多次洗涤沉淀混合物，滤干后放入烘箱烘干。混合物中与Zn(OH)2的质量比为 3: 1。将干燥的与Zn(OH)2混合物研磨成粉状平铺在氧化铝瓷舟底部，硅基片沉 积面朝下扣在瓷舟上，锌粉表面与硅基片间保持一定距离。将装好料的瓷舟置 于水平刚玉管式炉中。用旋片式真空泵对管式炉抽真空，抽至10Pa，再通入氮 气加以保护。加热炉温升温到80(TC，保温1个小时，关掉电源，冷却后取出样 品，可以看到硅基片表面有一层松软的白色沉积物。通过X射线衍射分析产物的 成分，场发射扫描电镜观察产物的形貌，并考察了其光致发光性能。结果表明 在硅片基底表面合成了具有强绿光发射性能的氧化锌纳米棒。
权利要求
1、一种绿光发射氧化锌纳米棒的制备方法，其特征在于在NaOH水溶液中加入碳黑粉，超声分散，然后在磁力搅拌下，将Zn(NO3)2水溶液加入到分散有粉的NaOH溶液中，使得生成的Zn(OH)2沉淀在活性碳黑粉表面，确保粉和Zn(OH)2絮状沉淀物充分混合，反应结束后过滤，用去离子水多次洗涤沉淀混合物，滤干后放入烘箱烘干；混合物中碳黑粉与Zn(OH)2的质量百分比为0.5～3∶1；将干燥的碳黑粉与Zn(OH)2混合物研磨成粉状平铺在氧化铝瓷舟底部，硅片基底沉积面朝下扣在瓷舟上，锌粉表面与硅基片间保持距离；将装好料的瓷舟置于水平刚玉管式炉中，用旋片式真空泵对管式炉抽真空，再通入氮气加以保护，加热炉温升温到800～1000℃，保温1～10个小时，关掉电源，冷却后取出样品，能看到硅基片表面有一层松软的白色沉积物；通过X射线衍射分析产物的成分，场发射扫描电镜观察产物的形貌，并考察了其光致发光性能，结果表明在硅片基底表面合成了具有强的绿光发射性能的氧化锌纳米棒。
全文摘要
本发明公开了一种绿光发射氧化锌纳米棒的制备方法。以Zn(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>、和NaOH为原料，在的表面合成出前驱物Zn(OH)<sub>2</sub>，然后在氮气保护的水平管式炉中，采用热蒸发与Zn(OH)<sub>2</sub>混合物的方法，以硅片为沉积基底制备ZnO纳米线。通过X射线衍射分析产物的成分，场发射扫描电镜观察产物的形貌，并考察了其光致发光性能。该法与传统的方法相比，具有设备简单、产物纯度高、无需金属催化剂和成本低等一系列优点，而且具有强的绿光发射能力。
文档编号C09K11/54GK101580269SQ200910099759
公开日2009年11月18日 申请日期2009年6月22日 优先权日2009年6月22日
发明者叶冬冬, 王耐艳, 陈建军, 高林辉 申请人:浙江理工大学