熔盐模板法制备Zn1-xMgxO纳米棒的方法技术

本发明专利技术提供了一种熔盐模板法制备Zn1-xMgxO纳米棒的方法，包括以下步骤：步骤S1、将ZnO纳米棒和草酸加入到Mg2+溶液中，得到pH值小于6的混合液；然后向该混合液中加入氨水，以得到沉淀；然后将该沉淀烘干，以得到前驱体；步骤S2、将所述前驱体与熔盐混合，并一起在高于熔盐熔融温度的加热温度下加热，然后冷却、洗涤，从而得到Zn1-xMgxO纳米棒。本发明专利技术工艺容易控制，操作性强。

Method for preparing Zn1-xMgxO nano rod by molten salt template method

The present invention provides a method for molten salt template synthesis of Zn1-xMgxO nanorods, which comprises the following steps: S1, ZnO nanorods and oxalic acid is added to the Mg2+ solution, pH value of mixed liquid is less than 6; and the ammonia is added to the mixture, obtained by precipitation; then the precipitation and drying to obtain precursor; step S2, the precursor mixed with molten salt, and together with the heating temperature is higher than the melting temperature of the molten salt heating, cooling, and washing, so as to get the Zn1-xMgxO nanorods. The process of the invention is easy to control and has strong operability.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料领域，尤其涉及一种通过熔盐模板法制备Zn1-xMgxO纳米棒的方法。
技术介绍
氧化锌(ZnO)基材料是一种直接带隙材料，其在可见光区域基本透明，但是在紫外光谱区会有强烈吸收，对制造出具有高信噪比的紫外光电探测器具有重要意义。Mg2+掺杂ZnO可以调节其能带，且该材料无毒、资源丰富；此外，由于ZnO制备简单，而且有匹配的基片，从而使制备高效率高性能的Zn1-xMgxO紫外光电器件成为可能。Zn1-xMgxO同时具有ZnO和MgO的良好化学性能稳定性，其性能取决于ZnO和MgO的基本性能，锌离子半径(Zn2+＝0.060nm)和镁离子半径(Mg2+＝0.057nm)十分相近，锌离子和镁离子可以在各自晶格中相互取代形成Zn1-xMgxO替代式合金。在保持ZnO原有的六方纤锌矿结构不变的前提下，Zn1-xMgxO合金材料在理论上可以实现ZnO的禁带宽度变宽，而MgO的禁带宽度为7.9eV，所以可以通过改变Mg的掺入量，使Zn1-xMgxO材料的禁带宽度在3.3eV～7.9eV上实现连续可调，但是由于受到MgO在ZnO中固溶度的限制，保持单一六方相的Zn1-xMgxO的带隙范围还有待进一步进行研究。在常压条件下，要保持氧化锌的六方纤锌矿结构不改变，通过计算可以得到MgO在ZnO中的热力学固溶极限将会低于4at％。但是，如果在偏离热力学平衡的情况下，MgO-ZnO体系的固溶度将会得到提高，并且偏离热力学平衡状态的程度越大，MgO固溶于ZnO体系中越高。所以，可以使用非平衡制备技术来制备出突破固溶度极限的Zn1-xMgxO材料。目前，国内外比较常用的技术方法有脉冲激光沉积法(PLD)、金属有机物化学气相沉积法(MOCVD或者MOVPE)、分子束外延法(MBE)、磁控溅射法(MS)、热蒸发法、溶胶凝胶法(Sol-gel)、熔盐法等。各种方法都有其自身的优点和缺点，而根据不同的用途可以采用不同的方法来制备Zn1-xMgxO材料。脉冲激光沉积法适合用来制备具有多组分的复杂薄膜，容易制备出异质结或者各种不同的多层膜；而MOCVD法生长薄膜质量最好，但是成本较高；分子束外延法需要超高真空环境，不适合大面积成膜；磁控溅射法是一种比较成熟的制膜方法，但是难以找出匹配的靶材。热蒸发法相对来说成本较低，操作简单，但是难以控制材料的成分的化学计量比。熔盐法(Molten-saltGrowthMethod)是将溶质或反应物加入一种或多种低熔点的盐中，在较高温度下，低熔点的盐会发生熔融，溶质或者反应物会加速溶解进而完成合成反应的过程。该方法采用低熔点的盐类为介质，在高温下低熔点的盐类会发生熔融转变成液相，溶质或者反应物在其中有一定的溶解度，加速了原子的扩散速率，使原子之间接触更加充分，实现原子尺度混合。该方法相对于一般的固相反应具有操作工艺简单，成本低，合成温度低，保温时间短，原料简单，合成的粉体晶体形貌好，化学成分均匀，纯度高等优点；另外，反应后的盐介质容易除去，还可以重复利用，可以实现规模化生产。目前，还没有通过熔盐法制备Zn1-xMgxO纳米棒的方法。同时，为了实现Zn1-xMgxO材料在紫外探测器上的应用，Zn1-xMgxO材料要具有较宽的禁带宽度和导电性能。而Zn1-xMgxO材料的禁带宽度可以通过控制Mg2+掺杂来实现展宽，从而可以覆盖紫外光范围。而Zn1-xMgxO材料的导电性能取决于材料的载流子浓度和载流子迁移率两个因素。获得高的载流子迁移率要求材料具有理想的微观组织结构。因此，应当尽可能地减少材料的载流子迁移时的散射中心与电子陷阱，需要Zn1-xMgxO纳米棒具有适当的晶粒大小、结晶度好、致密均匀的微观组织结构，并且具有高的c轴择优取向性，即ZnO晶粒的<002>晶面垂直于基片成柱状生长。c轴取向性越高，意味结晶度高。结晶完好，意味着晶粒内部的缺陷越少、晶界数越少，从而有利于载流子迁移。然而，目前，也并没有一种能够容易地制备c轴取向性高，结晶完好的Zn1-xMgxO纳米棒的制备方法。
技术实现思路
本专利技术针对目前并没有一种能够容易地制备c轴取向性高，结晶完好的Zn1-xMgxO纳米棒的制备方法的问题，提供了一种通过熔盐模板法制备Zn1-xMgxO纳米棒的方法。本专利技术提供了一种制备Zn1-xMgxO纳米棒的方法，包括以下步骤：步骤S1、将ZnO纳米棒和草酸加入到Mg2+溶液中，得到pH值小于6的混合液；然后向该混合液中加入氨水，以得到沉淀；然后将该沉淀烘干，以得到前驱体；步骤S2、将所述前驱体与熔盐混合，并一起在高于熔盐熔融温度的加热温度下加热，然后冷却、洗涤，从而得到Zn1-xMgxO纳米棒。本专利技术上述的制备Zn1-xMgxO纳米棒的方法中，所述熔盐为NaCl和KCl的复合盐、NaCl盐和KCl盐中任意一种。本专利技术上述的制备Zn1-xMgxO纳米棒的方法中，所述加热温度处于800℃-900℃之间。本专利技术上述的制备Zn1-xMgxO纳米棒的方法中，所述ZnO纳米棒与所述Mg2+溶液中的Mg2+的摩尔比处于1-4之间。本专利技术上述的制备Zn1-xMgxO纳米棒的方法中，在向混合液中加入氨水之前，通过超声波分散和/或搅拌所述混合液。本专利技术上述的制备Zn1-xMgxO纳米棒的方法中，氨水通过滴加或注射方式加入到混合液中，使其pH处于6-7之间。本专利技术上述的制备Zn1-xMgxO纳米棒的方法中，所述ZnO纳米棒通过气相沉积法或水热法制备得到。本专利技术上述的制备Zn1-xMgxO纳米棒的方法中，所述Mg2+溶液为Mg(NO3)2溶液或MgCl2溶液。本专利技术通过采用熔盐法能够实现Zn1-xMgxO纳米棒结晶完好，还通过采用在ZnO纳米棒包裹一层草酸镁使得Zn1-xMgxO纳米棒的c轴取向性高，本发明工艺容易控制，操作性强。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为本专利技术的产物A、产物B、产物C以及产物D的XRD图谱；图2为本专利技术的以0.01mol/L的Zn(NO3)2·6H2O，95℃的水热温度下保温4h制备得到的ZnO纳米棒的SEM图片；图3为本专利技术的以0.02mol/L的Zn(NO3)2·6H2O，95℃的水热温度下保温4h制备得到的ZnO纳米棒的SEM图片；图4为本专利技术的以0.04mol/L的Zn(NO3)2·6H2O，95℃的水热温度下保温4h制备得到的ZnO纳米棒的SEM图片；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备Zn1‑xMgxO纳米棒的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、将ZnO纳米棒和草酸加入到Mg2+溶液中，得到pH值小于6的混合液；然后向该混合液中加入氨水，以得到沉淀；然后将该沉淀烘干，以得到前驱体；步骤S2、将所述前驱体与熔盐混合，并一起在高于熔盐熔融温度的加热温度下加热，然后冷却、洗涤，从而得到Zn1‑xMgxO纳米棒。

【技术特征摘要】
1.一种制备Zn1-xMgxO纳米棒的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、将ZnO纳米棒和草酸加入到Mg2+溶液中，得到pH值小于6的
混合液；然后向该混合液中加入氨水，以得到沉淀；然后将该沉淀烘干，以
得到前驱体；
步骤S2、将所述前驱体与熔盐混合，并一起在高于熔盐熔融温度的加热
温度下加热，然后冷却、洗涤，从而得到Zn1-xMgxO纳米棒。
2.根据权利要求1所述的制备Zn1-xMgxO纳米棒的方法，其特征在于，
所述熔盐为NaCl和KCl的复合盐、NaCl盐和KCl盐中任意一种。
3.根据权利要求2所述的制备Zn1-xMgxO纳米棒的方法，其特征在于，
所述加热温度处于800℃-900℃之间。
4.根据权利要求1所述的制备Zn...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴英，裴新美，马丽龙，陈文，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42