本发明专利技术是一种Ａｌ掺杂ＺｎＯ半导体纳米柱的制备方法，称取Ｚｎ粉和Ｆｅ粉均匀混合后置于刚玉舟内；将硅片镀有金膜面朝下，固定在刚玉舟的上方，通入Ａｒ气，加热后随炉冷却，制得ＺｎＯ纳米籽晶。配制生长溶液，加热搅拌后，将制得的ＺｎＯ纳米籽晶放入生长溶液中进行生长后，将硅片取出用去离子水洗净，自然风干制得掺杂Ａｌ的ＺｎＯ纳米柱。该方法结合ＣＶＤ和溶液生长两种方法的优点，不需要采用在真空中反应，同时生长的温度更低，明显地降低了生产成本，且该方法避免了使用反应釜，可以在常压下进行，简化了实验条件。是一种比较温和，工艺简单、成本低的Ａｌ掺杂ＺｎＯ半导体纳米柱的制备方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于低维纳米材料和纳米
，特别是关于Al掺杂ZnO半导体纳米材料的制备方法。
技术介绍
近年来发现ZnO纳米材料在光学、催化、磁学、力学等方面展现出许多特殊的功能，使其在光学、电子、陶瓷、化工、生物、医药等许多领域有重要的应用价值，它所具有的特殊性和用途是普通ZnO无法比拟的。 掺杂是一种非常有效的改善ZnO纳米材料性能的途径，这也是ZnO纳米材料应用的关键，早在数年前Ryu等就开展了ZnO薄膜的掺杂研究和p-n结生长的探索[Ryu Y. R，Kim W. J， Wllite H. W. Fabrication of homostructural ZnO p_n junctions. J. Cryst.Growth, 2000， 219 :419-422]。目前比较有效的Al掺杂ZnO纳米材料方法主要有磁控溅射法[江民红，刘心宇.[100]取向Al-Ti共掺杂ZnO薄膜的制备与光电性能研究.无机材料学报，2008， 23 (6) ， 1101-1105]、化学气相沉积法(CVD)[唐斌，邓宏，税正伟，韦敏，陈金菊，郝昕.掺AlZnO纳米线阵列的光致发光特性研究.物理学报.2007， 56 (9) ，5176-5179]和溶胶凝胶法[段学臣，刘扬林，李海斌，朱协彬，刘梓旗.专利200910043533. 7， 〃掺铝氧化锌涂膜和纳米棒阵列材料及其制备方法〃 ]等，这些方法一般需要在真空环境下或非常压条件下进行，其制备工艺要求操作水平高，重复性不好，而且成本昂贵。因而研究一种成本较低、可控性好的掺杂方法具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服在真空环境下或非常压条件下，其制备工艺要求操作水平高，重复性不好，成本昂贵等方面的不足，提供一种成本低廉、可控性好，制备方法比较温和，工艺简单、成本较低的。 本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现，其具体制备步骤如下 步骤1制备籽晶按4 : 1 2 : 1的比例称取Zn粉和Fe粉，均匀混合后作为蒸发源置于刚玉舟内；将作为收集产物的硅片先后用丙酮和乙醇清洗后吹干，将吹干后的硅片镀有金膜面朝下，固定在刚玉舟的上方，保证硅片与蒸发源表面间的垂直距离为3 5mm，然后将刚玉舟放置在管式炉中的石英管中央，通入Ar气使其保持30 50ml/min的气流量，加热到580 650。C并保温10 20min，随炉冷却后在硅片镀金层一面即可获得Zn0纳米籽晶。 步骤2制备生长溶液分别量取摩尔浓度为0. 03mol/L的六次甲基四胺(HMT)和六水合硝酸锌(Zn(N03)2 61120)，配制成混合水溶液，再向溶液中加入九水合硝酸铝(Al (N03) 3 9H20)，使Al3+与Zn2+的摩尔浓度之比在2 10%之间；将配制好的生长溶液在恒温磁力搅拌器上加热搅拌至85 95°C 。 步骤3掺杂Al的ZnO纳米柱的制备将上述生长溶液恒定在85 95°C，并停止 搅拌；再将ZnO纳米籽晶放入生长溶液中进行生长，条件恒定在85 95。C下保温4 6小 时；取出硅片，用去离子水冲洗后放在空气中，自然干燥。 步骤4掺杂A1的ZnO纳米柱的洁净处理将上述自然干燥后的硅片再次放入管式 炉中，温度恒定在200 30(TC之间，处理10 20min，以达到去除易挥发类杂质的效果，取 出后再用去离子水洗净，在空气中放置，自然干燥。 本专利技术结合CVD和溶液生长两种方法的优点，整合出一种简单可行的Al掺杂ZnO 半导体纳米柱的制备方法，本专利技术的制备方法采用两步法制备掺杂A1的ZnO纳米柱，首先 通过CVD方法制备出ZnO纳米颗粒膜，然后以该颗粒膜作为籽晶在Al3+、Zn2+的六次甲基四 胺溶液中结晶形成掺杂Al的ZnO纳米柱(生长于ZnO纳米籽晶基底上)。 本专利技术的有益效果在于 1、本专利技术所提供的制备方法比较温和，工艺简单、成本低。 2、本专利技术提供的制备方法与一般CVD方法相比，不需要采用在真空中反应，同时 生长的温度更低，明显地降低了生产成本。 3、本专利技术提供的制备方法在制作籽晶环节与溶胶凝胶法(涂膜法)相比，具有明 显的稳定性和可重复性。 4、与一般水热法相比，该方法避免了使用反应釜，可以在常压下进行，简化了实验 条件。附图说明 图l本专利技术 图； 图2本专利技术的SEM图； 图3本专利技术柱的SEM图； 图4本专利技术的EDS图。其中制作籽晶的实验装置示意 制作的纳米颗粒膜(籽晶) 制备的掺杂Al的ZnO纳米 制备掺杂Al的ZnO纳米柱1.冷却水管6.流量控制器2.炉体7.气瓶3.石英管8.密封胶巻4.冷却水管9.废气出口5.流量控制阀具体实施方式 实施例1 图1本专利技术一种Al掺杂Zn0半导体纳米柱的制备方法制作籽晶的实验装置示意 图；按2 : 1的比例称取Zn粉和Fe粉，均匀混合后作为蒸发源置于刚玉舟内；将作为收集 产物的硅片先后用丙酮和乙醇清洗后吹干，将吹干后的硅片镀有金膜面朝下，固定在刚玉 舟的上方，保证硅片与蒸发源表面间的垂直距离为4mm，然后将刚玉舟放置在管式炉2中的 石英管3中央，通入Ar气使其保持40ml/min的气流量，加热到62(TC并保温15min，随炉冷 却后在硅片镀金层一面即可获得ZnO纳米籽晶。如图2所示是本专利技术一种Al掺杂ZnO半 导体纳米柱的制备方法制作的纳米颗粒膜(籽晶)的SEM图，如图所示，薄膜的颗粒尺寸较 小，分布均匀，表面相对平整。 称取336mg的摩尔浓度为0. 03mol/L的六次甲基四胺和713mg的摩尔浓度为 0. 03mol/L的六水合硝酸锌，配制成的混合水溶液，再向溶液中加入45mg的九水合硝酸铝， 使Al3+与Zn2+的摩尔浓度之比为5% ;将配制好的生长溶液在恒温磁力搅拌器上加热搅拌 至90°C ;将配制成的生长溶液恒定在90°C，并停止搅拌；再将制得的ZnO纳米籽晶放入生 长溶液中进行生长，条件恒定在9(TC下保温5小时；取出硅片，用去离子水冲洗后放在空气 中，自然干燥。将自然干燥后的硅片再次放入管式炉2中，温度恒定在25(TC，处理20min， 以达到去除易挥发类杂质的效果，取出后再用去离子水洗净，在空气中放置，自然干燥。图 3是本专利技术制备的掺杂Al的ZnO纳米柱的SEM 图，图4是本专利技术制备掺杂Al的ZnO纳米柱的 EDS图。如图3所示，在Al、Zr^+的六次甲基四胺溶液中结晶形成掺杂Al的ZnO纳米柱均 生长于薄膜籽晶基底上，并且纳米柱的尺寸更小。图4表明，有A1元素的强度峰存在，表明 该方法制备的ZnO纳米柱能够成功掺杂Al元素。 实施例2 按2 : l的比例称取Zn粉和Fe粉，均匀混合后作为蒸发源置于刚玉舟内；将作为 收集产物的硅片先后用丙酮和乙醇清洗后吹干，将吹干后的硅片镀有金膜面朝下，固定在 刚玉舟的上方，保证硅片与蒸发源表面间的垂直距离为4mm，然后将刚玉舟放置在管式炉2 中的石英管3中央，通入Ar气使其保持30ml/min的气流量，加热到65(TC并保温10min，随 炉冷却后在硅片镀金层一面即可获得ZnO纳米籽晶。 称取336mg的摩尔浓度为0. 03mol/L的六次甲基四胺和713mg的摩尔浓度为 0. 03mol/L的六水合硝酸锌，配制成的混合水溶液，再向溶液中加入45mg的九水合硝酸铝， 使本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ａｌ掺杂ＺｎＯ半导体纳米柱的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下： 步骤１ 制备籽晶：按４∶１～２∶１的比例称取Ｚｎ粉和Ｆｅ粉，均匀混合后作为蒸发源置于刚玉舟内；将硅片先后用丙酮和乙醇清洗后吹干，将吹干后的硅片镀有金膜面朝下，固定在刚玉舟的上方，然后将刚玉舟放置在管式炉中的石英管中央，通入Ａｒ气，加热到５８０～６５０℃并保温１０～２０ｍｉｎ，随炉冷却后在硅片镀金层一面即可获得ＺｎＯ纳米籽晶； 步骤２ 制备生长溶液：分别量取摩尔浓度为０．０３ｍｏｌ／Ｌ的六次甲基四胺和六水合硝酸锌，配制成混合水溶液，再向溶液中加入九水合硝酸铝，使Ａｌ↑［３＋］与Ｚｎ↑［２＋］的摩尔浓度之比在２～１０％之间；将配制好的生长溶液在搅拌器上加热搅拌至８５～９５℃； 步骤３ 掺杂Ａｌ的ＺｎＯ纳米柱的制备：将上述生长溶液恒定在８５～９５℃，并停止搅拌；再将ＺｎＯ纳米籽晶放入生长溶液中进行生长，条件恒定在８５～９５℃下保温４～６小时；取出硅片，用去离子水冲洗后放在空气中，自然干燥； 步骤４ 掺杂Ａｌ的ＺｎＯ纳米柱的洁净处理：将上述自然干燥后的硅片再次放入管式炉中，温度恒定在２００～３００℃之间，处理１０～２０ｍｉｎ，取出后再用去离子水洗净，在空气中放置，自然干燥。...
【技术特征摘要】
一种Al掺杂ZnO半导体纳米柱的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下步骤1 制备籽晶按4∶1～2∶1的比例称取Zn粉和Fe粉，均匀混合后作为蒸发源置于刚玉舟内；将硅片先后用丙酮和乙醇清洗后吹干，将吹干后的硅片镀有金膜面朝下，固定在刚玉舟的上方，然后将刚玉舟放置在管式炉中的石英管中央，通入Ar气，加热到580～650℃并保温10～20min，随炉冷却后在硅片镀金层一面即可获得ZnO纳米籽晶；步骤2 制备生长溶液分别量取摩尔浓度为0.03mol/L的六次甲基四胺和六水合硝酸锌，配制成混合水溶液，再向溶液中加入九水合硝酸铝，使Al3+与Zn2+的摩尔浓度之比在2～10％之间；将配制好的生长溶液在搅拌器上加热搅拌至85～95℃；步骤3 掺杂Al的ZnO纳米柱的制备将上述生长溶液恒定在85～95℃，并停止搅拌；再将ZnO纳米籽晶放入生长溶液中进行生长，条件恒定在85～95℃下保温4～6小时；取出硅片，用去离子水冲洗后放在空气中，自然干燥；步骤4 掺杂Al的ZnO纳米柱的洁净处理将上述自然干燥后的硅片再次放入管式炉中，温度恒定在200～300℃之间，处理10～20min，取出后再用去离子水洗净，在空气中放置，自然干燥。2. 根据权利要求1所述的一种Al掺杂ZnO半导体纳米柱的制备方法，其特征在于，所 述步骤1中的硅片与蒸发源表面间的垂直距离为3 5mm。3. 根据权利要求1所述的一种Al掺杂ZnO半导体纳米柱的制备方法，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：常永勤，杨林，崔兴达，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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