一种ZnO-Ga制造技术

本发明专利技术公开了一种ZnO‑Ga

A preparation method of ZnO-Ga2O3 nuclear shell nanowires

The invention discloses a preparation method of ZnO Ga2O3 nuclear shell nanowires, the core shell nanowires are composed of ZnO core layer and Ga2O3 shell, and the preparation steps are as follows: 1) the ZnO powder and the carbon powder are lapping, filled into the container and placed in the closed end of the quartz tube with one end opening, and the clean growth substrate is placed in the quartz tube. The tube is placed at the position of the tube; then the tube is placed in a tube furnace, after the closed tube furnace is evacuated and pumped into argon and oxygen. After the reaction, the ZnO nanowire array is grown on the growth substrate; 2) step 1) get the ZnO nanowire array into the magnetron sputtering instrument and sputter a layer of Ga2O3 sheath film on the surface of the ZnO nanowire. To ZnO Ga2O3 nuclear shell nanowires, the present invention grows Ga2O3 shell thin films of different thickness, uniform size and uniform distribution on ZnO nanowires by simple gas phase transfer and magnetron sputtering.

【技术实现步骤摘要】
一种ZnO-Ga2O3核壳纳米线的制备方法
本专利技术涉及一种ZnO-Ga2O3核壳结构纳米线的制备方法，属于纳米线的制备方法领域。
技术介绍
在纳米结构设计中，半导体纳米异质结，由于其含有不同的成分，在紫外探测、发光器件、催化和气敏等领域具有潜在的应用。材料的性能受其成分、形貌和尺寸的影响，因此生长不同成分、形貌和尺寸的纳米异质结引起了人们极大的兴趣。作为宽禁带半导体材料，ZnO和Ga2O3在紫外探测、发光器件、催化和气敏等领域都展现了优异的性能。与单一的成分相比，ZnO-Ga2O3复合材料纳米异质结在紫外探测、发光器件、催化和气敏显示出更优异的性能，两者之间协同效应大大提高了材料的性能。现在采用的ZnO-Ga2O3核壳复合材料制备方法一般包括：表面反应法、种子沉积法、微乳液法、水热法、自组装法、溶胶凝胶法、电沉积法、模板法、置换法、超声化学法等。对于ZnO-Ga2O3的核壳结构材料而言，要使壳层材料达到均匀、致密的包覆效果，一般需要采用溶胶凝胶法、模板法等手段，但是溶液制备环境复杂、工艺稳定性差，难以进行大面积生长和工业化推广应用，并且将ZnO基片多次或者长时间浸泡在水溶液中，这一过程将会引入更多的ZnO表面缺陷。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供一种ZnO-Ga2O3核壳结构纳米线的制备方法，该方法操作简易、可重复强，可生长不同厚度、尺寸均一、分布均匀的Ga2O3壳层薄膜。技术方案：本专利技术提供了一种ZnO-Ga2O3核壳纳米线的制备方法，该核壳结构的纳米线是由ZnO核层和Ga2O3壳层构成，制备步骤如下：1)ZnO纳米线阵列的制备：将ZnO粉末和碳粉末混合研磨直至无颗粒感后填入容器内，之后将该容器置于一端开口的石英管的封闭端，之后将清洗干净的生长基底放置于石英管内部的管口位置处；然后将该石英管置于管式炉中，封闭管式炉后抽真空，并通入氩气和氧气，反应结束后在生长基底上生长有ZnO纳米线阵列；2)ZnO-Ga2O3核壳纳米线的制备：将步骤1)得到ZnO纳米线阵列放入磁控溅射仪中，在ZnO纳米线表面溅射一层Ga2O3鞘层薄膜，得到ZnO-Ga2O3核壳纳米线；其中：步骤1)所述的ZnO粉末和碳粉末的纯度均为99.97wt％～99.99wt％；所述的将ZnO粉末和碳粉末混合研磨，ZnO粉末和碳粉末的质量比为1：1～1：3。步骤1)所述的将ZnO粉末和碳粉末混合研磨直至无颗粒感的研磨时间为15～25min。步骤1)所述的容器为陶瓷舟。步骤1)所述的清洗干净生长基底是指依次经过丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗并用氮气吹干的生长基底，其中所述的生长基底为蓝宝石衬底、硅衬底或者二氧化硅衬底；所述的生长基底的尺寸为1～3cm×1～3cm。所述的一端开口的石英管的长度为20～30cm、直径为1～3cm。所述的将清洗干净的生长基底放置于石英管内部的管口位置处是指放置于距离石英管管口3～8cm处的石英管内。所述的封闭管式炉后抽真空，并通入氩气和氧气，所述的氩气流量为130～180sccm、氧气流量为13～18sccm。所述的反应结束后在生长基底上生长有ZnO纳米线阵列是指在温度为1000～1200℃条件下，反应10～60min后在生长基底上生长有ZnO纳米线阵列；之后关闭气阀及真空泵，向管式炉通入空气，当炉内气压为大气压时，开启管式炉，取出样品。所述的将步骤1)得到ZnO纳米线阵列放入磁控溅射仪中，在ZnO纳米线表面溅射一层Ga2O3鞘层薄膜的溅射条件为：溅射靶材为Ga2O3靶材，腔体气压为1～4Pa，氩气流量为30～60sccm，氧气流量为5～30sccm，溅射功率为80～150W，溅射时间为5～60min。所述的Ga2O3靶材规格为60×3mm。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术提供的ZnO-Ga2O3核壳结构纳米线的制备方法操作简易，可重复强，可生长不同厚度、尺寸均一、分布均匀的Ga2O3壳层薄膜；2)本专利技术制备的ZnO-Ga2O3核壳结构纳米线可以紫外探测、发光器件、催化和气敏等领域得到广泛应用。附图说明图1为本专利技术实施例1合成的ZnO纳米线阵列扫描电子显微镜图；图2为本专利技术的ZnO-Ga2O3核壳结构纳米线透射电子显微镜图；图3为本专利技术实施例1制备的ZnO-Ga2O3核壳结构纳米线X射线光电子能谱分析全谱图。具体实施方式一种ZnO-Ga2O3核壳结构纳米线的制备方法，包括如下步骤：1)将纯度均为99.97wt％～99.99wt％的ZnO末和碳粉末按照质量比1：1～1：3混合研磨15～25min至无颗粒感后，填入陶瓷舟内；将生长衬底切成1～3cm×1～3cm，依次进行丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，并用氮气吹干，作为生长基底，放入一端开口的石英管的封闭端，将清洗好的生长衬底放置距管口3～8cm位置处的石英管内；将石英管整体水平推入管式炉中高温反应，封闭管式炉，抽真空，并通入氩气和氧气，经过反应时间后，关闭气阀及真空泵，通入空气，当炉内气压为大气压时，开启管式炉，取出样品；2)将生长衬底上生长好的ZnO纳米线阵列，放入磁控溅射仪中，溅射一层Ga2O3鞘层薄膜；步骤1)所述的生长基底为蓝宝石衬底、硅衬底或者二氧化硅衬底；步骤(1)所述高温反应的温度为1000～1200℃，所述的氩气流量为130～180sccm和氧气流量为13～18sccm，所述的反应时间为10～60min。步骤(2)中所述的溅射靶材是Ga2O3靶材，规格为60×3mm，腔体气压为1～4Pa，氩气流量为30～60sccm，氧气流量为5～30sccm，溅射功率为80～150W，溅射时间为5～60min。实施例1：第一步：将纯度均为99.99wt％的ZnO末和碳粉末按照质量比1:1混合研磨20min至无颗粒感后，填入陶瓷舟内；将蓝宝石衬底切成1.5cm×1cm，依次进行丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，并用氮气吹干，作为生长基底，放入一端开口的长度30cm、直径3cm的石英管封闭端，将清洗好的蓝宝石衬底放置距管口5cm位置处的石英管内。将石英管整体推入设置温度为1050℃的水平管式炉中，封闭管式炉，抽真空，并通入氩气流量150sccm和氧气流量15sccm，经过20min反应后，在生长基底上生长有ZnO纳米线阵列；之后关闭气阀及真空泵，通入空气，当炉内气压为大气压时，开启管式炉，取出样品，样品形貌如图1所示；第二步：将蓝宝石衬底上生长好的ZnO纳米线阵列，放入磁控溅射仪中，溅射一层Ga2O3鞘层薄膜，得到所述的ZnO-Ga2O3核壳结构纳米线，其溅射条件为：以Ga2O3靶材为溅射源，规格为60×3mm，腔体气压为2Pa，氩气流量为55sccm，氧气流量为15sccm，溅射功率为100W，溅射时间为8min；合成的ZnO-Ga2O3核壳结构纳米线形貌结构如图2所示，化学元素和价态分布如图3所示。实施例2：第一步：将纯度均为99.99wt％的ZnO末和碳粉末按照质量比1:1混合研磨25min至无颗粒感后，填入陶瓷舟内；将硅衬底切成2cm×2cm，依次进行丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，并用氮气吹干，作为生长基底，放入一端开口的长度30cm，直径3cm的石英管封闭端，将清洗好的蓝宝石衬底放置距管口6cm位置处的石英管内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ZnO‑Ga2O3核壳纳米线的制备方法，其特征在于：该核壳结构的纳米线是由ZnO核层和Ga2O3壳层构成，制备步骤如下：1)ZnO纳米线阵列的制备：将ZnO粉末和碳粉末混合研磨直至无颗粒感后填入容器内，之后将该容器置于一端开口的石英管的封闭端，之后将清洗干净的生长基底放置于石英管内部的管口位置处；然后将该石英管置于管式炉中，封闭管式炉后抽真空，并通入氩气和氧气，反应结束后在生长基底上生长有ZnO纳米线阵列；2)ZnO‑Ga2O3核壳纳米线的制备：将步骤1)得到ZnO纳米线阵列放入磁控溅射仪中，在ZnO纳米线表面溅射一层Ga2O3鞘层薄膜，得到ZnO‑Ga2O3核壳纳米线。

【技术特征摘要】
1.一种ZnO-Ga2O3核壳纳米线的制备方法，其特征在于：该核壳结构的纳米线是由ZnO核层和Ga2O3壳层构成，制备步骤如下：1)ZnO纳米线阵列的制备：将ZnO粉末和碳粉末混合研磨直至无颗粒感后填入容器内，之后将该容器置于一端开口的石英管的封闭端，之后将清洗干净的生长基底放置于石英管内部的管口位置处；然后将该石英管置于管式炉中，封闭管式炉后抽真空，并通入氩气和氧气，反应结束后在生长基底上生长有ZnO纳米线阵列；2)ZnO-Ga2O3核壳纳米线的制备：将步骤1)得到ZnO纳米线阵列放入磁控溅射仪中，在ZnO纳米线表面溅射一层Ga2O3鞘层薄膜，得到ZnO-Ga2O3核壳纳米线。2.如权利要求1所述的一种ZnO-Ga2O3核壳纳米线的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的ZnO粉末和碳粉末的纯度均为99.97wt％～99.99wt％；所述的将ZnO粉末和碳粉末混合研磨，ZnO粉末和碳粉末的质量比为1：1～1：3。3.如权利要求1所述的一种ZnO-Ga2O3核壳纳米线的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的将ZnO粉末和碳粉末混合研磨直至无颗粒感的研磨时间为15～25min。4.如权利要求1所述的一种ZnO-Ga2O3核壳纳米线的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的容器为陶瓷舟。5.如权利要求1所述的一种ZnO-Ga2O...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐春祥，游道通，张炜，赵杰，石增良，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32