專利名稱：一種Zn/ZnO復合發光材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種微/納米材料的制備方法，具體是指一種無機材料鋅/氧化鋅發光材料的制備方法。
背景技術：
ZnO是一種寬禁帶金屬氧化物半導體材料，其禁帶寬度為3. 37eV，激子束縛能為60meV,在光電應用方面有巨大的潛力。以氧化鋅為基的發光二 極管、光催化劑、傳感器和太陽能電池已經成功地在實驗室制備甚至已經應用到工業生產中。目前制備ZnO納米材料的方法主要有模板法，化學氣相沉積法，液相法，固相法等。化學氣相沉積法，是利用氣態物質在固體表面進行化學反應，生成固態淀積物的過程。化學氣相法具有裝置簡單，所用原料成本低，容易實現大規模工業化生產等優越性。ZnO最誘人的特性是具有高達60meV的激子束縛能，如此高的束縛能使得它在室溫下不易被熱激發(室溫下的分子熱運動能為26meV)，從而大大提高了 ZnO材料的激發發射機制，降低了室溫下的激射閥值。由于氧化鋅本征缺陷的存在，除了激子復合和帶間躍遷發光，還可以得到幾種帶內躍遷發光。隨著人們對ZnO研究的深入，已經發現了多種不同的發光機制，得到了在不同波長下的多個發光峰。這對滿足不同情況下的多種應用提供了很好的選擇。人們正努力對ZnO材料中不同能量位置的發光現象進行充分的研究，希望可以根據需要選取制備技術，控制制備條件，增強所需能量位置的發光峰，抑制其他發光峰，從而大大增強ZnO發光材料方面的應用價值。目前，利用熱絲化學氣相沉積法制備Zn/ZnO復合發光材料還沒有報道。
發明內容
本發明針對現有技術中的不足，提出了一種方便、有效的制備方法。本發明是通過下述技術方案得以實現的一種Zn/ZnO復合發光材料的制備方法，其特征在于包括下述步驟(I)以ZnO粉為源材料，置于石英舟中，石英舟位于鎢燈絲下方Icm處，在離源材料下方2cm處放置鍍金硅襯底，如圖1所示。然后把石英舟置于爐中，并將爐進行密封，其中的密封一般是采用耐火磚進行封堵；(2)對爐內進行抽真空，直到爐內氣壓達到-O.1MPa，關閉抽真空裝置，通入惰性氣體氬氣，當爐內壓力達到一個大氣壓時，開啟抽真空裝置，再次將爐內氣壓抽至-O.1MPa ；上述抽真空過程至少重復操作4次；(3)完成步驟(2)，抽完真空后，對爐進行加熱，直至升溫至950 1050° C，通入IOOsccm氫氣,保溫5 10分鐘；其中的sccm是體積流量單位，英文全稱standard-statecubic centimeter per minute,意義為標況毫升每分鐘；(4)然后將爐自然降溫到室溫，取出襯底，襯底上所得產物為Zn/ZnO復合發光材料。作為優選，上述制備方法的步驟(I)中所述的爐為熱絲化學氣相沉積爐。
本發明的上述過程是采用熱絲化學氣相沉積法，用電子天平稱取一定量的ZnO粉為源材料置于石英舟中，石英舟位于鎢燈絲下方Icm處，在離源材料下方2cm處放置鍍金硅襯底，如圖1所示，然后把石英舟置于爐中，進氣出氣口各加一塊耐火磚，封蓋。啟動機械泵，使管內氣壓達到-O.1MPa，關閥，通入適量氬氣，當管內壓力達到一個大氣壓時，開閥連通大氣，再次啟動機械泵重復以上操作四次排除管式爐爐腔內的氧氣。啟動爐子，升溫至950 1050° C，通入IOOsccm氫氣，保溫5 10分鐘。爐子自然降溫到室溫，關氣，取出襯底，襯底上所得產物為Zn/ZnO復合發光材料。有益效果本發明制備過程中，所用試劑均為商業產品，無需繁瑣制備；工藝可控性強，易操作，成本低，制得的產物純度高。
圖1是本發明方法熱絲化學氣相沉積反應裝置示意圖；圖2是用本發明1000° C制得的Zn/ZnO復合發光材料的掃描電鏡(SEM)照片；圖3是用本發明1000° C制得的Zn/ZnO復合發光材料的掃描電鏡(SEM)照片；圖4是用本發明1000° C制得的Zn/ZnO復合發光材料的X射線衍射(XRD)譜圖；圖5是用本發明1000° C制得的Zn/ZnO復合發光材料的發光光譜(PL)具體實施例方式以下結合實例進一步說明本發明。實施例1用電子天平稱取一定量的ZnO粉為源材料置于石英舟中，石英舟位于鎢燈絲下方Icm處，在離源材料下方2cm處放置鍍金硅襯底，如圖1所示，然后把石英舟置于爐中，進氣出氣口各加一塊耐火磚，封蓋。啟動機械泵，使管內氣壓達到-O.1MPa,關閥,通入適量IS氣，當管內壓力達到一個大氣壓時，開閥連通大氣，再次啟動機械泵重復以上操作四次排除管式爐爐腔內的氧氣。啟動爐子，升溫至1000° C，通入lOOsccm氫氣，保溫5分鐘。爐子自然降溫到室溫，關氣，取出襯底，襯底上所得產物為Zn/ZnO復合發光材料。將所得產物直接在掃描電鏡下觀察，如圖2所示，可以發現大量直徑在4到5微米的球狀顆粒生成。圖3可以看出，該球狀顆粒為空心結構。圖4的XRD分析表明產物的結構由六方晶系ZnO和六方晶系Zn組成，形成了復合結構。圖5為產物的PL圖，其中530nm處的寬峰是由于的生成導致缺陷發光峰紅移。圖5中存在相對較強的綠光發光峰表明該空心復合結構中存在大量氧空位及Zn空隙的缺陷，提高了單一氧化物的發光性能。實施例2如同實施例1，用電子天平稱取一定量的ZnO粉為源材料置于石英舟中，石英舟位于鎢燈絲下方Icm處，在離源材料下方2cm處放置鍍金硅襯底，如圖1所示，然后把石英舟置于爐中，進氣出氣口各加一塊耐火磚，封蓋。啟動機械泵，使管內氣壓達到-0.1MPa,關閥，通入適量氬氣，當管內壓力達到一個大氣壓時，開閥連通大氣，再次啟動機械泵重復以上操作四次排除管式爐爐腔內的氧氣。啟動爐子，升溫至950° C，通入lOOsccm氫氣，保溫10分鐘。爐子自然降溫到室溫，關氣，取出襯底，襯底上所得產物為Zn/ZnO復合發光材料。產物的形貌、結構、成分及發光性能均與實施例1相同。
實施例3如同實施例1，用電子天平稱取一定量的ZnO粉為源材料置于石英舟中，石英舟位于鎢燈絲下方Icm處，在離源材料下方2cm處放置鍍金硅襯底，如圖1所示，然后把石英舟置于爐中，進氣出氣口各加一塊耐火磚，封蓋。啟動機械泵，使管內氣壓達到-O.1MPa,關閥，通入適量氬氣，當管內壓力達到一個大氣壓時，開閥連通大氣，再次啟動機械泵重復以上操作四次排除管式爐爐腔內的氧氣。啟動爐子，升溫至985° C，通入lOOsccm氫氣，保溫10分鐘。爐子自然降溫到室溫，關氣，取出襯底，襯底上所得產物為Zn/ZnO復合發光材料。產物的形貌、結構、成分及發光性能均與實施例1相同。實施例4如同實施例1，用電子天平稱取一定量的ZnO 粉為源材料置于石英舟中，石英舟位于鎢燈絲下方Icm處，在離源材料下方2cm處放置鍍金硅襯底，如圖1所示，然后把石英舟置于爐中，進氣出氣口各加一塊耐火磚，封蓋。啟動機械泵，使管內氣壓達到-O.1MPa,關閥，通入適量氬氣，當管內壓力達到一個大氣壓時，開閥連通大氣，再次啟動機械泵重復以上操作四次排除管式爐爐腔內的氧氣。啟動爐子，升溫至1015° C，通入lOOsccm氫氣，保溫5分鐘。爐子自然降溫到室溫，關氣，取出襯底，襯底上所得產物為Zn/ZnO復合發光材料。產物的形貌、結構、成分及發光性能均與實施例1相同。實施例5如同實施例1，用電子天平稱取一定量的ZnO粉為源材料置于石英舟中，石英舟位于鎢燈絲下方Icm處，在離源材料下方2cm處放置鍍金硅襯底，如圖1所示，然后把石英舟置于爐中，進氣出氣口各加一塊耐火磚，封蓋。啟動機械泵，使管內氣壓達到-0.1MPa,關閥，通入適量氬氣，當管內壓力達到一個大氣壓時，開閥連通大氣，再次啟動機械泵重復以上操作四次排除管式爐爐腔內的氧氣。啟動爐子，升溫至1050° C，通入lOOsccm氫氣，保溫8分鐘。爐子自然降溫到室溫，關氣，取出襯底，襯底上所得產物為Zn/ZnO復合發光材料。產物的形貌、結構、成分及發光性能均與實施例1相同。
權利要求
1.一種Zn/ZnO復合發光材料的制備方法,其特征在于包括下述步驟 (1)以ZnO粉為源材料，置于石英舟中，石英舟位于鎢燈絲下方Icm處，在離源材料下方2cm處放置鍍金硅襯底；然后把石英舟置于爐中，并將爐進行密封； (2)對爐內進行抽真空，直到爐內氣壓達到-O.1MPa，關閉抽真空裝置，通入惰性氣體氬氣，當爐內壓力達到一個大氣壓時，開啟抽真空裝置，再次將爐內氣壓抽至-O.1MPa ； 上述抽真空過程至少重復操作4次； (3)完成步驟(2)，抽完真空后，對爐進行加熱，直至升溫至950 1050°C，通入IOOsccm氫氣，保溫5 10分鐘； (4)然后將爐自然降溫到室溫，取出襯底，襯底上所得產物為Zn/ZnO復合發光材料。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述的爐為熱絲化學氣相沉積爐。
全文摘要
本發明公開了一種復合空心結構材料的制備方法，具體是指一種無機材料鋅/氧化鋅發光材料的制備方法。本發明采用熱絲化學氣相沉積法，將一定量的ZnO粉為源材料置于石英舟中，石英舟位于鎢燈絲下方一定距離處，在離源材料下方一定距離處放置鍍金硅襯底，抽真空后進行高溫加熱，再通入氫氣并保溫，在降溫后在襯底上所得產物為Zn/ZnO復合發光材料。本發明的優點工藝可控性強，易操作，成本低，制得的產物純度高。本發明所制備的產品在半導體、照明行業具有廣泛的用途。
文檔編號C09K11/54GK103013500SQ201210538938
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月24日 優先權日2013年1月24日
發明者王順利, 李培剛, 沈靜琴, 唐為華 申請人:浙江理工大學