专利名称：一种ZnO/SnO<sub>2</sub>异质结构纳米发光材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米材料的制备方法，具体是指一种无机材料氧化锌/氧化锡异质结构材料的制备方法。
背景技术：
ZnO是一种宽禁带金属氧化物半导体材料，其禁带宽度为3. 37eV，激子束缚能为 60meV，在光电应用方面有巨大的潜力。以氧化锌为基的发光二极管、光催化剂、传感器和太阳能电池已经成功地在实验室制备甚至已经应用到工业生产中。目前制备ZnO纳米材料的方法主要有模板法，化学气相沉积法，液相法，固相法等。化学气相沉积法，是利用气态物质在固体表面进行化学反应，生成固态淀积物的过程。化学气相法具有装置简单，所用原料成本低，容易实现大规模工业化生产等优越性。ZnO最诱人的特性是具有高达60meV的激子束缚能，如此高的束缚能使得它在室温下不易被热激发(室温下的分子热运动能为26meV)， 从而大大提高了 ZnO材料的激发发射机制，降低了室温下的激射阀值。由于氧化锌本征缺陷的存在，除了激子复合和带间跃迁发光，还可以得到几种带内跃迁发光。随着人们对ZnO研究的深入，已经发现了多种不同的发光机制，得到了在不同波长下的多个发光峰。这对满足不同情况下的多种应用提供了很好的选择。人们正努力对 ZnO材料中不同能量位置的发光现象进行充分的研究，希望可以根据需要选取制备技术，控制制备条件，增强所需能量位置的发光峰，抑制其他发光峰，从而大大增强ZnO发光材料方面的应用价值。近年来，在异质结构纳米材料方面的研究也趋于成熟。但是，利用化学气相沉积法制备aiO/SnA异质结构纳米线发光材料还没有报道。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提出了一种方便、有效的制备方法。本发明是通过下述技术方案得以实现的—种aiO/SnA异质结构纳米发光材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤(1)以Sn粉和Si粉为源材料，混合均勻置于氧化铝舟中，在离源材料1. 5 4cm 处放置镀金硅衬底，然后把氧化铝舟置于炉中，并将炉进行密封，其中Sn粉与Si粉的摩尔比为1 1;其中的密封一般是采用耐火砖进行封堵；(2)对炉内进行抽真空，直到炉内气压达到-0. 08MPa，关闭抽真空装置，通入惰性气体氩气，当炉内压力达到一个大气压时，开启抽真空装置，再次将炉内气压抽至-0. OSMPa ；本发明中进行抽真空的目的是对炉内的空气进行置换，所以在炉内尽可能将抽真空进行彻底，相当若没有达到上述真空度，进行多次，也可以实现彻底置换的目的；上述抽真空过程至少重复操作4次；(3)完成步骤0)，抽完真空后，对炉进行加热，直至升温至950 1050°C，通入 50sccm氧气，保温50 70分钟；(4)然后将炉自然降温到室温，取出衬底，衬底上所得白色产物为ai0/Sn02异质结构纳米线发光材料。作为优选，上述制备方法的步骤(1)中所述的炉为管式炉。作为优选，上述制备方法的步骤(1)中离源材料2cm处放置镀金硅衬底。作为优选，上述制备方法的步骤O)中氩气流量为50sCCm。作为优选，上述制备方法的步骤(3)中反应温度为950 980°C。本发明的上述过程是采用化学气相沉积法，用电子天平称取一定量的Sn粉和Si 粉为源材料置于氧化铝舟前端，在离源材料一定距离处放置镀金硅衬底，然后把氧化铝舟置于管式炉中部，管两端各加一块耐火砖，封盖。启动机械泵，使管内气压达到-O.OSMPa， 关阀，通入适量氩气，当管内压力达到一个大气压时，开阀连通大气，再次启动机械泵重复以上操作四次排除管式炉炉腔内的氧气。启动炉子，升温至950 1050°C，通入50sCCm氧气，保温50 70分钟。炉子自然降温到室温，关气，取出衬底，衬底上所得白色产物为SiO/ SnO2异质结构纳米线发光材料。有益效果本发明制备过程中，所用试剂均为商业产品，无需繁琐制备；工艺可控性强，易操作，成本低，制得的产物纯度高。
图1是本发明方法化学气相沉积反应装置示意图；图2是用本发明950°C制得的SiO/SnA异质结构纳米发光材料的扫描电镜(SEM) 照片；图3是用本发明950°C制得的SiO/SnA异质结构纳米发光材料的X射线衍射 (XRD)谱图；图4是用本发明950°C制得的SiO/SnA异质结构纳米发光材料的光电子能谱 (EDS)图；图5是用本发明950°C制得的SiO/SnA异质结构纳米发光材料的发光光谱(PL) 具体实施例方式以下结合实例进一步说明本发明。实施例1按摩尔比为1 1称取一定量的Sn粉和Si粉为源材料置于氧化铝舟前端，在离源材料2cm处放置镀金硅衬底，然后把氧化铝舟置于管式炉中部，管两端各加一块耐火砖， 封盖(如图1)。启动机械泵，使管内气压达到-O.OSMPa，关阀，通入适量氩气，当管内压力达到一个大气压时，开阀连通大气，再次启动机械泵重复以上操作四次排除管式炉炉腔内的空气。启动炉子，升温至950°C，通入50sCCm(体积流量单位、意义为标况毫升每分钟)氧气，保温50分钟。炉子自然降温到室温，关气，取出衬底，在衬底上获得了一层白色产物。将所得产物直接在扫描电镜下观察(如图2)，可以发现大量直径在50到100纳米，长度在10 微米左右的纳米线生成。图3的XRD分析表明产物的结构由六方晶系ZnO和四方晶系SnO2 组成，形成了异质结构，其余的衍射峰为衬底和镀金成份。图4的EDS谱表明了 SiO/SnA异质结构中含有ZruSn和0元素，进一步证明了所的产物为SiO/SnA异质结构，其中Si的峰为衬底。图5为产物的PL图，其中379nm处的较小峰对应于SiO的带边发光，该激发起因于自由激子的复合，该结论较好地与XRD分析对应。505nm处的宽峰是由于SnO2的介入导致缺陷发光峰红移。因此，图5中存在相对较强的绿光发光峰表明该异质结构中存在大量与氧空位相关的缺陷，提高了单一氧化物的发光性能。实施例2如同实施例1，用电子天平称取一定量的Sn粉和Si粉为源材料置于氧化铝舟前端，在离源材料2cm处放置镀金硅衬底，然后把氧化铝舟置于管式炉中部，管两端各加一块耐火砖，封盖(如图1)。启动机械泵，使管内气压达到-O.OSMPa，关阀，通入适量氩气，当管内压力达到一个大气压时，开阀连通大气，再次启动机械泵重复以上操作四次排除管式炉炉腔内的空气。启动炉子，升温至950°C，通入50sCCm氧气，保温70分钟。炉子自然降温到室温，关气，取出衬底，在衬底上获得了一层白色产物。产物的形貌、结构、元素组成及发光性能均与实施例1相同。实施例3如同实施例1，用电子天平称取一定量的Sn粉和Si粉为源材料置于氧化铝舟前端，在离源材料2cm处放置镀金硅衬底，然后把氧化铝舟置于管式炉中部，管两端各加一块耐火砖，封盖(如图1)。启动机械泵，使管内气压达到-0.08MP，关阀，通入适量氩气，当管内压力达到一个大气压时，开阀连通大气，再次启动机械泵重复以上操作四次排除管式炉炉腔内的空气。启动炉子，升温至1050°C，通入50sCCm氧气，保温50分钟。炉子自然降温到室温，关气，取出衬底，在衬底上获得了一层白色产物。产物的形貌、结构、元素组成及发光性能均与实施例1相同。实施例4如同实施例1，用电子天平称取一定量的Sn粉和Si粉为源材料置于氧化铝舟前端，在离源材料2cm处放置镀金硅衬底，然后把氧化铝舟置于管式炉中部，管两端各加一块耐火砖，封盖(如图1)。启动机械泵，使管内气压达到-O.OSMPa，关阀，通入适量氩气，当管内压力达到一个大气压时，开阀连通大气，再次启动机械泵重复以上操作四次排除管式炉炉腔内的空气。启动炉子，升温至1050°C，通入50sCCm氧气，保温70分钟。炉子自然降温到室温，关气，取出衬底，在衬底上获得了一层白色产物。产物的形貌、结构、元素组成及发光性能均与实施例1相同。实施例5如同实施例1，用电子天平称取一定量的Sn粉和Si粉为源材料置于氧化铝舟前端，在离源材料3cm处放置镀金硅衬底，然后把氧化铝舟置于管式炉中部，管两端各加一块耐火砖，封盖(如图1)。启动机械泵，使管内气压达到-O.OSMPa，关阀，通入适量氩气，当管内压力达到一个大气压时，开阀连通大气，再次启动机械泵重复以上操作四次排除管式炉炉腔内的空气。启动炉子，升温至980°C，通入50sCCm氧气，保温60分钟。炉子自然降温到室温，关气，取出衬底，在衬底上获得了一层白色产物。产物的形貌、结构、元素组成及发光性能均与实施例1相同。
权利要求
1.一种aiO/SnA异质结构纳米发光材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤(1)以Sn粉和Si粉为源材料，混合均勻置于氧化铝舟中，在离源材料1.5 4cm处放置镀金硅衬底，然后把氧化铝舟置于炉中，并将炉进行密封，其中Sn粉与Si粉的摩尔比为 1:1;(2)对炉内进行抽真空，直到炉内气压达到-0.08MPa，关闭抽真空装置，通入惰性气体氩气，当炉内压力达到一个大气压时，开启抽真空装置，再次将炉内气压抽至-0. OSMPa ；上述抽真空过程至少重复操作4次；(3)完成步骤O)，抽完真空后，对炉进行加热，直至升温至950 1050°C，通入50sCCm 氧气，保温50 70分钟；(4)然后将炉自然降温到室温，取出衬底，衬底上所得白色产物为ai0/Sn02异质结构纳米线发光材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的炉为管式炉。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中离源材料2cm处放置镀金硅衬底。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤O)中氩气流量为50sCCm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中反应温度为950 980°C。
全文摘要
本发明公开了一种纳米材料的制备方法，具体是指一种无机材料氧化锌/氧化锡异质结构材料的制备方法。本发明采用化学气相沉积法，将量的Sn粉和Zn粉为源材料置于氧化铝舟前端，在离源材料一定距离处放置镀金硅衬底，抽真空后进行高温加热，再通入氧气并保温，在降温后在衬底上所得白色产物为ZnO/SnO2异质结构纳米线发光材料。本发明的优点工艺可控性强，易操作，成本低，制得的产物纯度高。本发明所制备的产品在半导体行业具有广泛的用途。
文档编号B82Y20/00GK102504816SQ20111034981
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者陈春晖 申请人:浙江天旭科技有限公司