本发明专利技术公开一种片状纳米氧化锌的生长方法，首先用电子束蒸镀法制备具有一层催化剂的衬底；然后将0.5-1g由氧化锌、石墨与五氧化二磷组成的混合粉末填装入刚玉瓷舟中，将步骤（1）所得的表面具有一层催化剂的衬底放置于刚玉瓷舟内的混合粉末上方；然后将刚玉瓷舟放入管式炉中的加热区域，通入由氧气和氩气组成的混合气为载气，加热至800-1000℃进行保温3-60min，然后随炉自然冷却至室温，停止通入载气，即得片状纳米氧化锌。本发明专利技术的一种片状纳米氧化锌的生长方法，能稳定、可控地制备大量的具有较大的比表面积的片状纳米氧化锌，且本工艺方法操作简单，生产周期短，为实现工业化生产奠定基础。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米半导体材料制备，尤其涉及。
技术介绍
ZnO有特殊的导电、导热性能，化学性质非常稳定，作为短波长发光器件具有高的工作稳定性，有极大地应用价值。由于传统的制备工艺很难得到良好的ZnO单晶体材料或薄膜材料，限制了 ZnO作为发光材料的应用。且自从人们观察到ZnO薄膜的光泵浦近紫外受激发射现象以来，由于ZnO近紫外发射比GaN的蓝光发射具有更短的波长，因此对于提高光记录密度和光信息的存取速度起到了非常重要的作用。有望利用ZnO材料在声表面波、透明电极、光电器件、蓝光器件等应用方面获得突破性成果。ZnO的光致发光和受激辐射具有较低的阈值，更容易在室温下实现高效发射。 氧化锌纳米结构的合成方法有很多，物理气相沉积法、金属有机化学气相沉积、水溶液法、模版法等等。金属有机化学气相沉积法(MOCVD)是以金属有机化合物为原料，经蒸发、反应和沉积过程制备纳米材料的重要方法之一。金属有机化合物的蒸发分解温度较低，这可以大大降低制备温度。采用MOCVD法制备一维氧化锌纳米材料时，作为原料的有机锌化合物一般为四乙酰丙络锌、二乙基锌等。低压MOVPE系统，采用以二乙基锌和氧气作为反应物，氩气为载流气体，生长温度为400~500°C情况下，在氧化铝衬底/薄氧化锌缓冲层上生长了氧化锌纳米线阵列。模板法合成纳米线，就是在限制性介质环境中，如纳米尺度的空穴或网络结构中沉积所需材料。模板电化学合成纳米材料的发展已较为完善，不仅具有操作简单等优点，且合成出有序的纳米线阵列，其操作过程大致为:首先制备具有纳米孔道的模板材料，接着在模板的一面蒸镀上一层金属膜(如Au、Ag)作为阴极，把镀有金属的一面固定在导电基底上，另一面暴露于电解液中，在恒电位或恒电流状态下将金属或半导体沉积到模板的纳米孔道中，最后将模板溶解得到纳米管或纳米线模板电化学合成纳米材料的发展已较为完善，不仅具有操作简单等优点，且合成出有序的纳米线阵列。水热法是低温下大量制备一维氧化锌纳米结构的常用方法，生长温度低，产量大是水热法的主要优势，而且只要生长条件可控，可以在多种材料的柔性衬底上生长，这给基于氧化锌纳米线器件的制备提供了便利。但是由于水热法生长纳米结构杂质浓度较高，因此，合成的纳米线质量不如CVD法制备的氧化锌纳米结构。中国专利(CN 103641153A)公开了一种无模板法制备氧化锌光催化纳米材料的方法。该专利技术采用低成本无模板法，以水、乙醇、硝酸锌、正丁胺为原料，其中硝酸锌为锌源，水和乙醇为溶剂，正丁胺为碱源，采用简单的水热合成方法，即得具有独特表面粗糙球状结构的氧化锌纳米材料。从XRD谱图可以看出，制备的氧化锌纳米材料具有典型的纤锌矿结构，结晶良好。光催化试验结果表明，该法制备的氧化锌纳米材料具有优良的光催化性能，可有效解决环境污染等问题，且在能源及生物医学等领域也具有潜在的应用前景。中国专利(CN 103657662A)该专利技术公开了一种具有可见光催化活性的镍掺杂氧化锌分级结构光催化纳米材料及其制备方法，该材料组分为:Znl-xNixO,式中x = 0.5 -1Omol%。该方法是:将锌盐、镍盐及碱溶解于醇溶剂或醇/水混合溶剂中得到前驱体溶液，金属离子总浓度为0.0625 - 0.25mol/L,碱的摩尔浓度为0.0625 - 2.5mol/L ;置于高压反应釜中密封反应；冷却后乙醇洗涤，空气中干燥，制得具有纳米粒状、空心球、二十面体、六棱柱或类球型等多种分级结构光催化纳米材料。但上述两项专利所得的氧化锌纳米材料均存在比表面积小的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是 为了解决上述的氧化锌纳米材料制备方法中，最终所得的氧化锌纳米材料比表面积小的技术问题而提供一种片状氧化锌的生长方法，最终所得的片状纳米氧化锌材料具有较大的比表面积。本专利技术的技术原理通过改变现有CVD法工艺，在生长原料中添加磷源(可选用五氧化二磷)，并且在生长载气中加入氧气，是氧化锌晶体中被引入原子半径较大的磷原子，使氧化锌晶体发生晶格畸变，并由于氧气的作用，使氧化锌晶体生长发生加速，而导致其生长方式由单方向线状改为多方向片状，从而实现生长具有大比表面积的单晶片状纳米氧化锌。本专利技术的技术方案，具体包括如下步骤:(I)、将衬底，用电子束蒸镀法制备具有一层催化剂的衬底；上述的衬底的材质为蓝宝石、单晶硅、氧化镁、氮化镓或硫化锌，衬底的晶向优选为2 — I 一 10方向，即纤锌矿氧化锌晶体结构的c轴方向；所述催化剂为金、银、镍、锡、镓中的一种或两种以上金属所形成的合金；(2)、配制由氧化锌、石墨与五氧化二磷组成的混合粉末；上述混合粉末中的氧化锌与石墨质量比为1:1_5，优选为1:1，其中五氧化二磷粉末的量，按磷含量计算，即磷为氧化锌与石墨总质量的2.5-10%，优选为2.5% ;(3)、将0.5-lg步骤⑵所得的混合粉末填装入刚玉瓷舟中，将步骤⑴所得的表面具有一层催化剂的衬底放置于刚玉瓷舟内的混合粉末上方；(4)、然后将刚玉瓷舟放入管式炉中加热区域，通入载气，并加热至温度800-1000°C进行保温3-60min，然后随炉自然冷却至室温，停止通入载气，即得片状纳米氧化锌；所述的载气为氧气和氩气按体积比计算，即氧气:氩气为1:10 - 10:1，优选为3:8的比例组成的混合气，且载气中，氧气的流量为10 - 200SCCm，氩气的流量为10 —200sccmo上述步骤(4)中片状纳米氧化锌的生长过程机理如下:管式加热炉中的反应体系为:反应源区域:ZnO+C— Zn (g) +CO (g)Zn0+C0 (g) — Zn (g) +CO2 (g)基片区域:P205+C— P (g) +CO (g)Ρ205+Ζη — P (g) +ZnO (g)在片状纳米氧化锌的生长过程中，本专利技术仅以梳齿状的片状纳米氧化锌为例进行说明其生长过程，如图1所示，图1中的a表示生长初期，b表示生长中期，c表示生长成熟，从图1中可以看出，梳齿状的片状纳米氧化锌的生长初期，由于磷原子的晶格畸变作用，氧化锌晶体沿(010)方向生长，形成纳米带。同时，纳米带部分位置氧化锌保持c轴(0001)方向一侧优先生长取向，形成氧化锌纳米线，其原因可以被解释为(0001)方向为氧化锌晶体的锌截止面，容易形成锌团簇而引发自催化作用。由于磷原子的晶格畸变与自催化作用的继续影响，梳齿间的间隙不断被填充生长，并且这一点可有TEM低倍明场照片所证明。本专利技术的有益效果本专利技术的，由于在生长原料中添加五氧化二磷量和在载气中加入氧气，使掺杂入氧化锌晶体的磷原子引起氧化锌晶格畸变，并在氧气的加速生长作用下使氧化锌晶体沿多个方向发生生长，能稳定、可控地制备大量的片状纳米氧化锌，因此其具有较大的比表面积。 本专利技术的所得的片状纳米氧化锌，在400 - 700nm可见光范围都有较强的光吸收和光相应，明显提高可见光催化降解有机染料活性，可以广泛用于染料工业废水的光催化降解处理。进一步，本专利技术的，其制备过程操作简单，保温时间短，最短保温时间可为3min，产品制取快，因此生产周期短，为实现工业化生产奠定基础。【附图说明】图1、梳齿状的片状纳米氧化锌的生长过程示意图；图2a、图2b、图2c、图2d分别表示载气中氧气含量分别为Osccm、10sccm、20scc本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种片状纳米氧化锌的生长方法，其特征在于具体包括如下步骤：（1）、将衬底，用电子束蒸镀法制备具有一层催化剂的衬底；上述的衬底的材质为蓝宝石、单晶硅、氧化镁、氮化镓或硫化锌，衬底的晶向为2－1－10方向；所述催化剂为金、银、镍、锡、镓中的一种或两种以上金属所形成的合金；（2）、配制由氧化锌、石墨与五氧化二磷组成的混合粉末；上述混合粉末中的氧化锌与石墨质量比为1：1‑5，其中五氧化二磷粉末的量，按磷含量计算，即磷为氧化锌与石墨总质量的2.5‑20％；（3）、将0.5‑1g步骤（2）所得的混合粉末填装入刚玉瓷舟中，将步骤（1）所得的表面具有一层催化剂的衬底放置于刚玉瓷舟内的混合粉末上方；（4）、然后将刚玉瓷舟放入管式炉中加热区域，通入载气，并加热至温度800‑1000℃进行保温3‑60min，然后随炉自然冷却至室温，停止通入载气，即得片状纳米氧化锌；所述的载气为氧气和氩气按体积比计算，即氧气：氩气为1：10－10：1的比例组成的混合气，且载气中，氧气的流量为10－200sccm，氩气的流量为10－200sccm。
【技术特征摘要】
1.一种片状纳米氧化锌的生长方法，其特征在于具体包括如下步骤: (1)、将衬底，用电子束蒸镀法制备具有一层催化剂的衬底； 上述的衬底的材质为蓝宝石、单晶硅、氧化镁、氮化镓或硫化锌，衬底的晶向为2 — I 一10方向； 所述催化剂为金、银、镍、锡、镓中的一种或两种以上金属所形成的合金； (2)、配制由氧化锌、石墨与五氧化二磷组成的混合粉末； 上述混合粉末中的氧化锌与石墨质量比为1:1-5，其中五氧化二磷粉末的量，按磷含量计算，即磷为氧化锌与石墨总质量的2.5-20% ； (3)、将0.5-lg步骤(2)所得的混合粉末填装入刚玉瓷舟中，将步骤(1)所得的表面具有一层催化剂的衬底放置于刚玉瓷舟内的混合粉末上方； (4)、然后将刚玉瓷舟放入管式炉中加热区域，通入载气，并加热至温度800-100(TC进行保温3-60min，然后随炉自然冷却至室温，停止通入载气，即得片状纳米氧化锌； ...
【专利技术属性】
技术研发人员：王现英，许颖，刘洋洋，谢澍梵，陈祯璐，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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