二氧化硅凝胶玻璃基质中硒化锌纳米晶原位生长方法技术

本发明专利技术涉及二氧化硅凝胶玻璃基质中硒化锌纳米晶原位生长方法。凝胶玻璃的试剂是正规酸乙酯、无水乙醇、硒酸，它们的摩尔比是：１∶２∶５∶０．００５；硒酸用作正规酸乙酯水解的催化剂。硒源和锌源以硒酸锌盐的形式引入到上述水解溶液中；硒化锌在凝胶玻璃中的掺入量的摩尔比应小于８％。溶胶先体倒入培养皿加盖滤纸，静置６周以上得到无色透明的干凝胶。干凝胶热处理分两步进行：首先在氧气分下４１０℃预处理，以去除干凝胶中的有机物；然后在氢气或一氧化碳的还原气氛中５００℃将凝胶玻璃中硒酸锌还原成硒化锌。设备简单，工艺流程短，操作方便，成本低廉等特点，广泛适用光电子和生物领域，有一定的经济和社会效益。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种新型光功能材料，特别涉及制备。实现专利技术目的的技术方案是这样解决的由凝胶先体的制备方法和干凝胶的热处理工艺两部分组成； 所说的凝胶先体的制备方法依次包括下述步骤a、制备凝胶玻璃的初始原料是正规酸乙酯、无水乙醇、去离子水、硒酸。它们的摩尔比是1∶2-4∶4-5∶0.0025-0.005；无水乙醇用作正规酸乙酯的分散剂，去离子水用于水解反应，硒酸用作水解反应的催化剂；b、硒源和锌源的引入采用硒酸锌盐的形式按摩尔比1∶1称取醋酸锌和硒酸，先将醋酸锌溶于适量的去离子水中，然后加入称取的硒酸，充分搅拌，加热蒸发至析出硒酸锌盐，待用；c、先将正规酸乙酯分散到无水乙醇中，搅拌均匀，再加入去离子水，并滴加摩尔浓度为1的硒酸作为催化剂，充分水解至少半小时以上；c、按要求的摩尔比秤取硒酸锌，并与上述水解溶液混合搅拌28-35分钟，倒入培养皿静置6周，得到的是无色透明的干凝胶；所说的干凝胶的热处理工艺依次包括下述两个步骤第一步热处理在气氛管式炉中进行，首先在氧气氛下将样品以2℃/分钟的升温速度升到410℃，保温60分钟，升温过程中分别在110℃和360℃各保温30分钟，此时样品是无色透明的包含有硒酸锌盐的凝胶玻璃；第二步对第一步预处理的样品在还原气氛下进行热处理，在通还原气体升温之前，应抽空管式炉内的空气或氧气，还原气氛可以是氢气、一氧化碳，注意应缓慢通入还原气体，以保证样品上的温度与炉温趋于一致，避免开裂。以2℃/分钟升温500℃到600℃，保温2小时，随炉冷却到200℃以下，关闭气路，经上述热处理得到的样品呈浅黄红色透明玻璃。通过对所制得的样品进行X-射线衍射分析，可以观测到宽化的闪锌矿结构的硒化锌晶体衍射峰。2θ位于45.26°的衍射峰半宽度在2°-5°之间，利用谢乐公式计算得到的纳米晶平均粒径8-2纳米。这一结果与我们利用吸收光谱蓝移量估算的结果相当。浓度含量较低的硒化锌纳米晶掺杂凝胶玻璃，不适合用X-射线衍射分析，而观测吸收光谱的吸收边蓝移则是一种简便易行的办法，由此可以得到半导体纳米晶的能隙值，进而推算出纳米晶的平均尺寸。本专利技术与现有技术相比，得到的纳米晶的尺寸小，尺寸分布窄，纳米晶的生长易于得到控制，且具有设备简单，工艺流程短，操作方便，成本低廉等特点，广泛适用光电子和生物领域，有一定的经济和社会效益。下面结合附图及实施例对本专利技术的内容作进一步说明参照附图说明图1-图4所示，图1为本专利技术的硒化锌纳米晶掺杂凝胶玻璃样品照片，大小尺寸20×20mm，形状不规则。图2为本专利技术的X-射线衍射图片，硒化锌与二氧化硅的摩尔比为6％；图3为本专利技术的系列样品的吸收光谱图。利用有效质量近似模型计算，从左至右半导体纳米粒子的颗粒尺寸分别为3.3nm、3.4nm、3.6nm、4.2nm、4.8nm；图4为本专利技术的利用外推作图法确定吸收边能隙图，利用外推作图法确定吸收边能隙为2.74eV。制备由凝胶先体的制备方法和干凝胶的热处理工艺两部分组成； 实施例1所说的凝胶先体的制备方法依次包括下述步骤a、制备凝胶玻璃的初始原料是正规酸乙酯、无水乙醇、去离子水、硒酸。它们的摩尔比是1∶2-4∶4-5∶0.0025-0.005；无水乙醇用作正规酸乙酯的分散剂，去离子水用于水解反应，硒酸用作水解反应的催化剂。b、硒源和锌源的引入采用硒酸锌盐的形式按摩尔比1∶1称取醋酸锌和硒酸，先将醋酸锌溶于适量的去离子水中，然后加入称取的硒酸，充分搅拌，加热蒸发至析出硒酸锌盐，待用。c、先将正规酸乙酯分散到无水乙醇中，搅拌均匀；再加入去离子水，并滴加摩尔浓度为1的硒酸作为催化剂，充分水解至少半小时以上。d、按要求的摩尔比秤取硒酸锌，并与上述水解溶液混合搅拌28-35分钟，倒入培养皿静置6周，得到的是无色透明的干凝胶。所说的干凝胶的热处理工艺依次包括下述两个步骤第一步热处理在气氛管式炉中进行。首先在氧气氛下将样品以2℃/分钟的升温速度升到410℃，保温60分钟，升温过程中分别在110℃和360℃各保温30分钟，此时样品是无色透明的包含有硒酸锌盐的凝胶玻璃；第二步对第一步预处理的样品在还原气氛下进行热处理。在通还原气体升温之前，应抽空管式炉内的空气或氧气，还原气氛可以是氢气或氢气和氮的混合气(流量比1∶1)，注意应缓慢通入还原气体，以保证样品上的温度与炉温趋于一致，避免开裂。以2℃/分钟升温500℃到600℃，保温2小时，随炉冷却到200℃以下，关闭气路。经上述热处理得到的样品呈浅黄红色透明玻璃。实施例2所说的凝胶先体的制备方法依次包括下述步骤 a、制备凝胶玻璃的初始原料是正规酸乙酯、无水乙醇、去离子水、盐酸。它们的摩尔比是1∶2-4∶4-5∶0.0025-0.005；无水乙醇用作正规酸乙酯的分散剂，去离子水用于水解反应，盐酸用作水解反应的催化剂。b、硒源和锌源的引入采用硒酸锌盐的形式；按摩尔比1∶1称取醋酸锌和硒酸，先将醋酸锌溶于适量的去离子水中，然后加入称取的硒酸，充分搅拌，加热蒸发至析出硒酸锌盐，待用。c、先将TEOS分散到无水乙醇中，搅拌均匀；再加入去离子水，并滴加摩尔浓度为1的盐酸作为催化剂，充分水解至少半小时以上。d、按要求的摩尔比秤取硒酸锌，并与上述水解溶液混合搅拌28-35分钟，倒入培养皿静置6周，得到的是无色透明的干凝胶。所说的干凝胶的热处理工艺依次包括下述两个步骤第一步热处理在气氛管式炉中进行。首先在氧气氛下将样品以2℃/分钟的升温速度升到410℃，保温60分钟，升温过程中分别在110℃和360℃各保温30分钟，此时样品是无色透明的包含有硒酸锌盐的凝胶玻璃；第二步对第一步预处理的样品在还原气氛下进行热处理。在通还原气体升温之前，应抽空管式炉内的空气或氧气，还原气氛可以是氢气或氢气和氮的混合气(流量比1∶1)，注意应缓慢通入还原气体，以保证样品上的温度与炉温趋于一致，避免开裂。以2℃/分钟升温500℃到600℃，保温2小时，随炉冷却到200℃以下，关闭气路。经上述热处理得到的样品呈浅黄红色透明玻璃。b、硒源和锌源的引入采用硒酸锌盐的形式；按摩尔比1∶1称取醋酸锌和硒酸，先将醋酸锌溶于适量的去离子水中，然后加入称取的硒酸，充分搅拌，加热蒸发至析出硒酸锌盐，待用。c、先将正规酸乙酯分散到无水乙醇中，搅拌均匀；再加入去离子水，并滴加摩尔浓度为1的硝酸作为催化剂，充分水解至少半小时以上。d、按要求的摩尔比秤取硒酸锌，并与上述水解溶液混合搅拌28-35分钟，倒入培养皿静置6周，得到的是无色透明的干凝胶。所说的干凝胶的热处理工艺依次包括下述两个步骤第一步热处理在气氛管式炉中进行。首先在氧气氛下将样品以2℃/分钟的升温速度升到410℃，保温60分钟，升温过程中分别在110℃和360℃各保温30分钟，此时样品是无色透明的包含有硒酸锌盐的凝胶玻璃；第二步对第一步预处理的样品在还原气氛下进行热处理。在通还原气体升温之前，应抽空管式炉内的空气或氧气，还原气氛可以是氢气或氢气和氮的混合气(流量比1∶1)，注意应缓慢通入还原气体，以保证样品上的温度与炉温趋于一致，避免开裂。以2℃/分钟升温500℃到600℃，保温2小时，随炉冷却到200℃以下，关闭气路。经上述热处理得到的样品呈浅黄红色透明玻璃。实施例4所说的凝胶先体的制备方法依次包本文档来自技高网...

【技术保护点】
二氧化硅凝胶玻璃基质中硒化锌纳米晶原位生长方法，制备过程由凝胶先体的制备和干凝胶的热处理工艺两部分组成，所说的凝胶先体的制备方法依次包括下述步骤：ａ、制备凝胶玻璃的初始原料是正规酸乙酯、无水乙醇、去离子水、硒酸，它们的摩尔比是：１∶２－４∶４－５∶０．００２５－０．００５；无水乙醇用作正规酸乙酯的分散剂，去离子水用于水解反应，硒酸用作水解反应的催化剂；ｂ、硒源和锌源的引入采用硒酸锌盐的形式：按摩尔比１∶１称取醋酸锌和硒酸，先将醋酸锌溶于适量的去离子水中，然后加入称取的硒酸，充分搅拌，加热蒸发至析出硒酸锌盐，待用；ｃ、先将ＴＥＯＳ分散到无水乙醇中，搅拌均匀；再加入去离子水，并滴加摩尔浓度为１的硒酸作为催化剂，充分水解至少半小时以上；ｄ、按要求的摩尔比秤取硒酸锌，并与上述水解溶液混合搅拌２８－３５分钟，倒入培养皿静置６周，得到的是无色透明的干凝胶；所说的干凝胶的热处理工艺依次包括下述两个步骤：第一步：热处理在气氛管式炉中进行，首先在氧气氛下将样品以２℃／分钟的升温速度升到４１０℃，保温６０分钟，升温过程中分别在１１０℃和３６０℃各保温３０分钟，此时样品是无色透明的包含有硒酸锌盐的凝胶玻璃；第二步：对第一步预处理的样品在还原气氛下进行热处理，在通还原气体升温之前，应抽空管式炉内的空气或氧气，还原气氛可以是氢气、一氧化碳，缓慢通入还原气体，保持样品温度与炉温趋于一致，以２℃／分钟升温５００℃到６００℃，保温２小时，随炉冷却到２００℃以下，关闭气路，经上述热处理得到的样品呈浅黄红色透明玻璃。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚熹，汪敏强，张良莹，姜海青，王云鹏，孔凡滔，刘宏凌，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]