一种可用于深紫外极弱光探测高纯纳米结构ZnGa2O4的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可用于深紫外极弱光探测的高纯纳米结构ZnGa2O4的制备方法。ZnGa2O4带隙宽度为4.4‑4.7eV，具有优异的热学和化学稳定性、较高的电子迁移率，能承受较高电流冲击，可用于深紫外光电探测器、发光二极管、低电压发光。本发明专利技术采用液相激光烧蚀和溶剂热法相结合的方式，通过在液体介质中激光烧蚀高纯锌靶和氧化镓靶，获得高活性溶剂热前驱体，经过溶剂热法合成高纯纳米结构ZnGa2O4。本发明专利技术所采用方法与现有ZnGa2O4纳米材料制备方法相比，具有产物高纯度、单一相结构、结晶性良好、尺寸均一、形貌可控、制备简单、实验环境温和、反应时间短等优点；制备的ZnGa2O4纳米材料可用于组装成深紫外光电探测器，并可实现对极弱光高灵敏、快响应、耐高压探测。

A preparation method for high purity nano structure ZnGa2O4 for deep ultraviolet light detection

【技术实现步骤摘要】
一种可用于深紫外极弱光探测高纯纳米结构ZnGa2O4的制备方法
本专利技术涉及金属氧化物半导体纳米材料制备
，特别是一种可应用于深紫外光电探测器、显示器发光和光催化等领域的高纯纳米结构ZnGa2O4的制备方法。
技术介绍
在过去的几十年中，形形色色的光电子器件被应用于人类的生活当中。光电探测器作为最重要的器件之一，是导弹校准、空间光通信和生物传感器等领域最重要的核心。与相对成熟的可见光和红外光电探测器相比，紫外光电探测器的研究还处于起步阶段。紫外光电探测作为导弹跟踪、紫外通讯、环境监测以及生物医学检测等领域的关键性技术已经受到广泛重视，其中深紫外光电探测器工作时能避免太阳光辐射干扰显得尤为重要。目前紫外光探测器主要使用的是真空光电倍增管，但是其体积大、易碎、功耗大、虚警率高，在实际应用中同时存在探测灵敏度和光电转换效率低等问题，难以实现真正的日盲，严重制约了其在该领域的发展。此外，实际探测的紫外光通常光信号极弱，难以对其进行高灵敏探测，因而发展可对极弱光探测的紫外光电探测器是目前面临的难题。迄今为止，各种二元金属氧化物(如ZnO、SnO2、TiO2等)已经被用于制造紫外光电探测器，但由于带隙较窄只能在中紫外(280-320nm)和浅紫外(320-400nm)区域中工作。目前，用于深紫外光电探测器的主要材料是宽带隙半导体，如Ga2O3、AlGaN、ZnMgO和金刚石。然而，基于Ga2O3纳米结构的光探测器由于严重的持续光电导，导致响应速度低，特别是下降速度慢；AlGaN制造工艺复杂昂贵，并且由于与衬底晶格失配，难以制备低缺陷高Al组分的高结晶度材料；ZnMgO在带隙调整到4.5eV以上时无法保持单纤锌矿相而造成相分离；金刚石薄膜则对深紫外光源的灵敏度较低。这些传统的宽禁带半导体材料难以满足对深紫外极弱光的探测，因此需要发展一种方法，制备出具有深紫外极弱光光响应的宽带隙半导体材料。三元金属氧化物具有宽带隙、高介电常数和良好导电性等特点，是一类重要的功能材料。其带隙可以通过改变组成和相结构来展宽，相比于二元金属氧化物具备更优异的深紫外探测性能。其中ZnGa2O4带隙宽度为4.4-4.7eV，具有优越的热学和化学稳定性，能承受较高的电流冲击，具有较高的电子迁移率，从而能代替硫化物在发光二极管、光电探测器、低电压发光材料中使用。目前，已有一些方法用于合成ZnGa2O4纳米材料。中国专利(201210418182.5)公布了一种微米/纳米级镓酸锌晶体制备方法及其用途，该方法通过将镓盐和锌盐溶解于有机胺、水和它们的混合物中进行水热反应得到基于片状ZnGa2O4晶体的微米级的ZnGa2O4花状球体、立方块ZnGa2O4晶体和八面体ZnGa2O4晶体，并将其应用在光催化反应，有效用于光催化CO2还原反应。中国专利(201110110283.1)公布了一种具有蓝色荧光的纳米镓酸锌的制备方法，该方法通将锌盐和十二烷基苯磺酸钠溶解于水中，搅拌形成锌络和离子，然后加入氯化镓和氢氧化钠溶液进行水热反应得到正八面体结构纳米结构ZnGa2O4，其紫外-可见最大吸收位于285-300nm，最大荧光发射峰位于425-435nm，实现了不同带隙及发光峰的ZnGa2O4的可控生长。然而，上述两种ZnGa2O4的热溶剂法制备反应周期较长，液相激光烧蚀法所提供的高活性前驱体可以降低反应所需的活化能，从而缩短反应周期。目前尚未见到通过液相激光烧蚀制备前驱体与溶剂热结合的方法来合成高纯度无杂质的纳米结构ZnGa2O4，并将ZnGa2O4组装成深紫外极弱光探测器的应用报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可用于深紫外极弱光探测高纯纳米结构ZnGa2O4的制备方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种可用于深紫外极弱光探测高纯纳米结构ZnGa2O4的制备方法，利用液相激光烧蚀和溶剂热法相结合的方式，通过液相激光烧蚀浸没在溶液中的高纯靶材(锌靶和氧化镓靶)，获得高活性溶剂热前驱体，经过溶剂热法在较温和条件下反应合成了单一相结构、结晶性良好、尺寸均一、形貌可控的纳米结构ZnGa2O4。具体包括以下步骤：步骤1、向反应容器中加入去离子水溶液，将镓源靶材置于去离子水中，采用磁力搅拌器始终保持去离子水均匀搅拌；步骤2、调节激光器的脉冲激光光束的光路，使激光光束聚焦在去离子水中液面与靶材交界处，选取适当的激光波长、频率及能量，开启脉冲激光，对镓源靶材进行烧蚀；步骤3、更换镓源靶材为锌源靶材，使用激光器在原溶液中继续烧蚀锌源靶；步骤4、取出锌源靶材，调节胶体溶液pH使溶液呈碱性，获得前驱体溶液；步骤5、将前驱体溶液转移至反应釜中并放入真空鼓风干燥箱，设定热溶剂反应温度与时间，开始反应；步骤6、反应结束后，待反应体系随炉冷却至室温；步骤7、去除反应釜内衬中上层清液，将反应釜底部产物用去离子水与乙醇清洗离心，得到沉淀，所述沉淀即为所述的高纯纳米结构ZnGa2O4。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：相对于传统镓酸锌纳米材料的制备方法，本专利技术采用的液相激光烧蚀法具有非平衡特性，能提供高活性前驱体，有利于提高固溶度或生成多元氧化物，结合溶剂热法能提供稳态的生长条件，液相激光烧蚀能降低溶剂热反应所需能量，有利于制备高纯纳米结构ZnGa2O4；本专利技术所制备的纳米结构ZnGa2O4产物具有高纯度、单一相结构、结晶性良好、尺寸均一、形貌可控、制备简单、实验环境温和、反应周期短等优点；该纳米结构ZnGa2O4可用于组装成高性能深紫外光电探测器，可实现对极弱光高灵敏度、快响应、耐高压探测。附图说明图1为专利技术实例1制备的产物纳米结构ZnGa2O4的SEM图，插图为单个纳米结构ZnGa2O4晶粒SEM图。图2为专利技术实例1制备的产物纳米结构ZnGa2O4的XRD图。图3为专利技术实例1制备的产物纳米结构ZnGa2O4的吸收图。图4为专利技术实例1制备的纳米结构ZnGa2O4探测器的响应度曲线。图5为专利技术实例1制备的纳米结构ZnGa2O4探测器在266nm深紫外光不同光强度下的明暗电流比。图6为专利技术实例2制备的产物纳米结构ZnGa2O4的SEM图。图7为专利技术实例2制备的产物纳米结构ZnGa2O4的XRD图。图8为专利技术实例3制备的产物纳米结构ZnGa2O4的SEM图。图9为专利技术实例3制备的产物纳米结构ZnGa2O4的XRD图。图10为专利技术实例4制备的产物纳米结构ZnGa2O4的SEM图。图11为专利技术实例4制备的产物纳米结构ZnGa2O4的XRD图。图12为专利技术实例5制备的产物纳米结构ZnGa2O4的SEM图。图13为专利技术实例5制备的产物纳米结构ZnGa2O4的XRD图。图14为专利技术实例6制备的产物纳米结构ZnGa2O4的SEM图。图15为专利技术实例6制备的产物纳米结构ZnGa2O4的XRD图。具体实施方式本专利技术的一种可用于深紫外极弱光探测高纯纳米结构ZnGa2O4的制备方法，利用液相激光烧蚀和溶剂热法相结合的方式，通过液相激光烧蚀浸没在溶液中的高纯靶材(锌靶和氧化镓靶)，获得高活性溶剂热前驱体，经过溶剂热法在较温和条件下反应合成了高纯度、单一相结构、结晶性良好、形貌均一可控的纳米结构ZnGa2O4。通过改变激光烧蚀时间、去离子水和辅助剂(冰醋酸、氨水)添加量、反应温度、反应时间，得到不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可用于深紫外极弱光探测高纯纳米结构ZnGa2O4的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、向反应容器中加入去离子水溶液，将镓源靶材置于去离子水中，采用磁力搅拌器始终保持去离子水均匀搅拌；步骤2、调节激光器的脉冲激光光束的光路，使激光光束聚焦在去离子水中液面与靶材交界处，选取适当的激光波长、频率及能量，开启脉冲激光，对镓源靶材进行烧蚀；步骤3、更换镓源靶材为锌源靶材，使用激光器在原溶液中继续烧蚀锌源靶；步骤4、取出锌源靶材，调节胶体溶液pH使溶液呈碱性，获得前驱体溶液；步骤5、将前驱体溶液转移至反应釜中并放入真空鼓风干燥箱内，设定热溶剂反应温度与时间，开始反应；步骤6、反应结束后，待反应体系随炉冷却至室温；步骤7、去除反应釜内衬中上层清液，将反应釜底部产物用去离子水与乙醇清洗离心，得到沉淀，所述沉淀即为所述的高纯纳米结构ZnGa2O4。

【技术特征摘要】
1.一种可用于深紫外极弱光探测高纯纳米结构ZnGa2O4的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、向反应容器中加入去离子水溶液，将镓源靶材置于去离子水中，采用磁力搅拌器始终保持去离子水均匀搅拌；步骤2、调节激光器的脉冲激光光束的光路，使激光光束聚焦在去离子水中液面与靶材交界处，选取适当的激光波长、频率及能量，开启脉冲激光，对镓源靶材进行烧蚀；步骤3、更换镓源靶材为锌源靶材，使用激光器在原溶液中继续烧蚀锌源靶；步骤4、取出锌源靶材，调节胶体溶液pH使溶液呈碱性，获得前驱体溶液；步骤5、将前驱体溶液转移至反应釜中并放入真空鼓风干燥箱内，设定热溶剂反应温度与时间，开始反应；步骤6、反应结束后，待反应体系随炉冷却至室温；步骤7、去除反应釜内衬中上层清液，将反应釜底部产物用去离子水与乙醇清洗离心，得到沉淀，所述沉淀即为所述的高纯纳米结构ZnGa2O4。2.根据权利要求1所述的一种可用于深紫外极弱光探测高纯纳米结构ZnGa2O4的制备方法，其特征在于步骤1中镓源靶材为纯度大于99.99％高纯氧化镓陶瓷靶。3.根据权利要求1所述的一种可用于深紫外极弱光探测高纯...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹友生，刘佳欣，曾海波，王沙龙，刘舒婷，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32