專利名稱：一種Sn摻雜的ZnO超細納米線及其合成方法
技術領域：
本發明涉及納米材料技術領域，尤其涉及一種Sn摻雜的ZnO超細納米線及其合成方法。
背景技術：
ZnO是一種II-VI族化合物半導體材料，室溫下禁帶寬度為3. 37eV,激子束縛能為 60meV，是制備室溫和更高溫度下的半導體激光器、紫外探測器、藍紫光發光二極管等的理 想材料。ZnO —維納米材料由于量子限域效應、表面效應、壓電效應等所具有的優于體材料 的光學、電學和壓電性能等已經成為當前光電信息研究領域的熱點。在ZnO納米線中進行 Sn的摻雜，讓Sn替代Zn的位置，可以實現能帶的調節和電學性能的改變，在制備短波長納 米發光器件和納米光電子器件等領域具有很好的應用價值和研究意義。目前有一些合成摻Sn的ZnO納米線的方法，主要分為物理方法和化學方法兩大 類，前者主要包括脈沖激光沉積、熱蒸發法等，后者主要包括金屬有機化學氣相沉積、溶膠 凝膠法、水熱法等。這些制備方法的主要不足是設備昂貴或工藝復雜、可控性差、摻雜均勻 性差等，并且所獲得的Sn摻雜ZnO納米線的直徑一般在幾百納米至幾十納米，較難觀察到 明顯的量子限域效應，同時摻雜的不均勻性也大大地限制了其在納米光電器件領域的應 用。
發明內容
本發明的目的是提供一種成本低廉、可控性好、高結晶質量的Sn摻雜ZnO超細納 米線及其合成方法。本發明的Sn摻雜ZnO超細納米線，具有六方纖鋅礦結構，納米線的直徑為1 10 納米，長度為2 10000納米。Sn摻雜ZnO超細納米線的合成方法，包括以下步驟1)將脂肪酸鋅、脂肪酸錫、油胺和沸點為200 350°C的有機溶劑混合置于反應燒 瓶中。在惰性保護氣氛下，磁力攪拌均勻，升溫至50 20(TC后，保溫1 1000分鐘，脂肪 酸鋅脂肪酸錫的摩爾比1 1 100 1，脂肪胺脂肪酸鋅和脂肪酸錫的總量的摩爾比 為 1 1 50 1 ；2)然后在惰性保護氣氛下加熱到200 350°C，保溫1 1000分鐘，冷卻至室溫；3)將反應混合物離心分離，得到Sn摻雜的ZnO超細納米線。本發明中，所述的脂肪酸鋅是硬脂酸鋅。脂肪酸錫是檸檬酸錫。脂肪胺是油胺。本發明中，所述的沸點為200 350°C的有機溶劑可以是正辛醚、1-十八烯、二苯 醚。有機溶劑作為脂肪酸鋅、脂肪酸錫溶解和反應進行的介質，其用量沒有特殊的要求。所述的惰性保護氣體是純度為99%以上的氬氣或氮氣。本發明通過調節反應溶液的加熱溫度和反應時間可以控制Sn摻雜的ZnO超細納 米線的長度和直徑，通過調節脂肪酸鋅和脂肪酸錫的摩爾比可以改變ZnO納米線中Sn的實際摻雜含量，實現ZnO納米線的形貌和分散性的調節。本發明制備工藝簡單、成本較低、重 復性好、易于工業化生產。獲得的Sn摻雜ZnO超細納米線的直徑為1 10納米，與室溫下 ZnO體單晶的激子玻爾半徑1. 8納米接近，具有很強的量子限域效應，同時Sn的摻入對電學 性能的改變，有望在溶液法為基礎的紫外探測器、柔性顯示和傳感器等眾多領域應用。
圖1是Sn摻雜的ZnO超細納米線的XRD圖；圖2是Sn摻雜的ZnO超細納米線的TEM照片；圖3是Sn摻雜的ZnO超細納米線的XPS圖；圖4是Sn摻雜的ZnO超細納米線的紫外可見吸收光譜圖。
具體實施例方式以下為采用本發明方法合成Sn摻雜的ZnO超細納米線的實例，但本發明并不限于 這些實施例。實施例11)稱取Immol硬脂酸鋅、0. Immol硬脂酸錫(摩爾比為10 1)、7mmol的油胺和 IOml的1-十八烯置于50ml反應燒瓶中，在惰性保護氣氛下，磁力攪拌升溫至140°C，然后 保溫20min。2)在惰性保護氣氛下把溫度升至340°C，保溫30分鐘，用水浴冷卻反應溶液至室 溫，將反應混合物離心分離，獲得Sn摻雜的ZnO超細納米線。將得到的綠色產物干燥后，進行XRD測試，測試結果見圖1。圖1中的峰都是纖鋅 礦ZnO相的主要峰位，證明得到的產物是纖鋅礦結構；產物的TEM電鏡照片見圖2，從圖中 可以看出，納米線的直徑為3 5納米，長度為50 200納米。對納米線進行XPS測試，測 試結果見圖3，從圖中可知納米線中錫元素的信號很強，證明Sn元素確實摻雜進入ZnO納米 線。與鋅元素的信號比較，計算得出兩者含量比Zn Sn為16 1。對產物進行紫外可見 吸收測試，測試結果見圖4，從圖4可知，摻Sn的ZnO納米線具有明顯的激子吸收峰特征，并 且峰位明顯藍移到332納米，這是由于Sn的有效摻入和強量子限域效應共同作用的結果。實施例21)稱取Immol硬脂酸鋅、0. 2mmol檸檬酸錫(摩爾比為5 1)、IOmmol十八胺和 IOml的正辛醚置于50ml反應燒瓶中，然后保溫10分鐘。2)在惰性氣氛保護下把溫度升至250°C，并保溫60分鐘，用水浴冷卻反應溶液至 室溫，將反應混合物離心分離，獲得直徑為2 6納米、長度為100 200納米的Sn摻雜的 ZnO超細納米線。實施例31)稱取Immol硬脂酸鋅、0. 3mmol檸檬酸錫(摩爾比為10 3)、5mmol十二胺和 12ml的二苯醚置于50ml反應燒瓶中，在惰性氣氛保護下，磁力攪拌升溫至150°C，然后保溫 30分鐘。2)在惰性氣氛保護下把溫度升至210°C，并保溫20分鐘，用水浴冷卻反應溶液至 室溫，將反應混合物離心分離，獲得直徑為2 4納米、長度為100 300納米的Sn摻雜的ZnO超細納米線。實施例41)稱取Immol肉豆蔻酸鋅、0. 15mmol月桂酸錫(摩爾比為100 15)、7mmol十二 胺和15ml的二十烷置于50ml反應燒瓶中，在惰性氣氛保護下，磁力攪拌升溫至160°C，然后 保溫30分鐘。2)在惰性氣氛保護下把溫度升至280°C，并保溫120分鐘，用水浴冷卻反應溶液至 室溫，將反應混合物離心分離，獲得直徑為5 8納米、長度為100 700納米的Sn摻雜的 ZnO超細納米線。實施例51)稱取Immol油酸鋅、0. 25mmol亞油酸酸錫(摩爾比為4 l)、10mmol辛胺和 15ml的十八烷置于50ml反應燒瓶中，在惰性氣氛保護下，磁力攪拌升溫至110°C，然后保溫 30分鐘。2)在惰性氣氛保護下把溫度升至230°C，并保溫40分鐘，用水浴冷卻反應溶液至 室溫，將反應混合物離心分離，獲得直徑為3 5納米、長度為100 250納米的Sn摻雜的 ZnO超細納米線。
權利要求
一種Sn摻雜的ZnO超細納米線，其特征在于該納米線具有六方纖鋅礦結構，納米線的直徑為1～10納米，長度為2～10000納米。
2.一種如權利要求1所述的Sn摻雜的ZnO超細納米線的合成方法，其特征在于包括以 下步驟1)將脂肪酸鋅、脂肪酸錫、脂肪胺和沸點為200 350°C的有機溶劑混合置于反應器 中，在惰性保護氣氛下磁力攪拌均勻，升溫至50 200°C后保溫1 1000分鐘，脂肪酸鋅 脂肪酸錫的摩爾比為1 1 100 1，脂肪胺脂肪酸鋅和脂肪酸錫的總量的摩爾比為 1 1 20 1 ；2)然后在惰性保護氣氛下加熱到200 350°C，保溫1 1000分鐘，冷卻至室溫；3)將反應產物離心分離，得到Sn摻雜的ZnO超細納米線。
3.根據權利要求2所述的一種Sn摻雜的ZnO超細納米線的合成方法，其特征在于所 述的脂肪酸鋅是醋酸鋅、丙酸鋅、十一烯酸鋅、葡萄糖酸鋅、庚酸鋅、檸檬酸鋅、肉豆蔻酸鋅、 月桂酸鋅、棕櫚酸鋅、油酸鋅、亞油酸鋅或硬脂酸鋅。
4.根據權利要求2所述的一種Sn摻雜的ZnO超細納米線的合成方法，其特征在于所述 的脂肪酸錫是醋酸錫、葡萄糖酸錫、肉豆蔻酸錫、月桂酸錫、棕櫚酸錫、油酸錫、亞油酸錫或 檸檬酸錫。
5.根據權利要求2所述的一種Sn摻雜的ZnO超細納米線的合成方法，其特征在于所述 的脂肪胺是己胺、辛胺、癸胺、十二胺、十四胺、十六胺、十八胺或油胺。
6.根據權利要求2所述的一種Sn摻雜的ZnO超細納米線的合成方法，其特征在于所 述的沸點為200 350°C的有機溶劑是正辛醚、二苯醚、十四烷、十六烷、十八烷、二十烷或 1-十八烯。
7.根據權利要求2所述的一種Sn摻雜的ZnO超細納米線的合成方法，其特征在于所說 的惰性保護氣體是純度為99%以上的氬氣或氮氣。
全文摘要
本發明公開了一種Sn摻雜的ZnO超細納米線及其合成方法。該納米線具有六方纖鋅礦結構，納米線的直徑為1～10納米，長度為2～10000納米。其合成步驟如下將脂肪酸鋅、脂肪酸錫、脂肪胺和高沸點有機溶劑混合置于反應燒瓶中，在惰性保護氣氛下，磁力攪拌加熱至50～200℃，保溫1～1000分鐘，然后在惰性保護氣氛下加熱到200～350℃，保溫1～1000分鐘，離心分離，得Sn摻雜的ZnO超細納米線。本發明制備工藝簡單、成本較低、重復性好、易于工業化生產，有望在透明導電薄膜、柔性顯示器件、薄膜晶體管、傳感器等諸多領域得到應用。
文檔編號C30B7/14GK101935875SQ20101028164
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月14日 優先權日2010年9月14日
發明者葉志鎮, 金一政, 陳棟棟 申請人:浙江大學