O納米棒的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料領(lǐng)域，尤其涉及一種通過恪鹽模板法制備Zn1 xMgx0納米棒的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋅(ZnO)基材料是一種直接帶隙材料，其在可見光區(qū)域基本透明，但是在紫外光譜區(qū)會有強烈吸收，對制造出具有高信噪比的紫外光電探測器具有重要意義。Mg2+摻雜ZnO可以調(diào)節(jié)其能帶，且該材料無毒、資源豐富；此外，由于ZnO制備簡單，而且有匹配的基片，從而使制備尚效率尚性能的Zn1 xMgx0紫外光電器件成為可能。
[0003]Zn1 xMgx0同時具有ZnO和MgO的良好化學(xué)性能穩(wěn)定性，其性能取決于ZnO和MgO的基本性能，鋅離子半徑(Zn2+= 0.060nm)和鎂離子半徑(Mg2+= 0.057nm)十分相近，鋅離子和鎂離子可以在各自晶格中相互取代形成Zn1 xMgx0替代式合金。在保持ZnO原有的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)不變的前提下，Zn1 xMgx0合金材料在理論上可以實現(xiàn)ZnO的禁帶寬度變寬，而MgO的禁帶寬度為7.9eV，所以可以通過改變Mg的摻入量，使Zn1 xMgx0材料的禁帶寬度在
3.3eV?7.9eV上實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，但是由于受到MgO在ZnO中固溶度的限制，保持單一六方相的Zn1 xMgx0的帶隙范圍還有待進一步進行研究。
[0004]在常壓條件下，要保持氧化鋅的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)不改變，通過計算可以得到MgO在ZnO中的熱力學(xué)固溶極限將會低于4at %。但是，如果在偏離熱力學(xué)平衡的情況下，MgO-ZnO體系的固溶度將會得到提高，并且偏離熱力學(xué)平衡狀態(tài)的程度越大，MgO固溶于ZnO體系中越高。所以，可以使用非平衡制備技術(shù)來制備出突破固溶度極限的Zn1 xMgx0M料。目前，國內(nèi)外比較常用的技術(shù)方法有脈沖激光沉積法(PLD)、金屬有機物化學(xué)氣相沉積法(M0CVD或者M0VPE)、分子束外延法(MBE)、磁控濺射法(MS)、熱蒸發(fā)法、溶膠凝膠法(Sol-gel)、熔鹽法等。各種方法都有其自身的優(yōu)點和缺點，而根據(jù)不同的用途可以采用不同的方法來制備Zn1 xMgx0材料。脈沖激光沉積法適合用來制備具有多組分的復(fù)雜薄膜，容易制備出異質(zhì)結(jié)或者各種不同的多層膜；而MOCVD法生長薄膜質(zhì)量最好，但是成本較高；分子束外延法需要超高真空環(huán)境，不適合大面積成膜；磁控濺射法是一種比較成熟的制膜方法，但是難以找出匹配的靶材。熱蒸發(fā)法相對來說成本較低，操作簡單，但是難以控制材料的成分的化學(xué)計量比。恪鹽法(Molten-salt Growth Method)是將溶質(zhì)或反應(yīng)物加入一種或多種低熔點的鹽中，在較高溫度下，低熔點的鹽會發(fā)生熔融，溶質(zhì)或者反應(yīng)物會加速溶解進而完成合成反應(yīng)的過程。該方法采用低熔點的鹽類為介質(zhì)，在高溫下低熔點的鹽類會發(fā)生熔融轉(zhuǎn)變成液相，溶質(zhì)或者反應(yīng)物在其中有一定的溶解度，加速了原子的擴散速率，使原子之間接觸更加充分，實現(xiàn)原子尺度混合。該方法相對于一般的固相反應(yīng)具有操作工藝簡單，成本低，合成溫度低，保溫時間短，原料簡單，合成的粉體晶體形貌好，化學(xué)成分均勻，純度高等優(yōu)點；另外，反應(yīng)后的鹽介質(zhì)容易除去，還可以重復(fù)利用，可以實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。目前，還沒有通過熔鹽法制備Zn1 xMgx0納米棒的方法。
[0005]同時，為了實現(xiàn)Zn1 xMgx0材料在紫外探測器上的應(yīng)用，Zn1 xMgx0材料要具有較寬的禁帶寬度和導(dǎo)電性能。而Zn1 xMgxO材料的禁帶寬度可以通過控制Mg2+摻雜來實現(xiàn)展寬，從而可以覆蓋紫外光范圍。而Zn1 xMgxO材料的導(dǎo)電性能取決于材料的載流子濃度和載流子迀移率兩個因素。獲得高的載流子迀移率要求材料具有理想的微觀組織結(jié)構(gòu)。因此，應(yīng)當(dāng)盡可能地減少材料的載流子迀移時的散射中心與電子陷講，需要Zn1 xMgxO納米棒具有適當(dāng)?shù)木Я４笮?、結(jié)晶度好、致密均勻的微觀組織結(jié)構(gòu)，并且具有高的c軸擇優(yōu)取向性，即ZnO晶粒的〈002〉晶面垂直于基片成柱狀生長。c軸取向性越尚，意味結(jié)晶度尚。結(jié)晶完好，意味著晶粒內(nèi)部的缺陷越少、晶界數(shù)越少，從而有利于載流子迀移。然而，目前，也并沒有一種能夠容易地制備c軸取向性高，結(jié)晶完好的Zn1 xMgx0納米棒的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對目前并沒有一種能夠容易地制備c軸取向性高，結(jié)晶完好的Zn1 xMgx0納米棒的制備方法的問題，提供了一種通過熔鹽模板法制備Zn1 xMgx0納米棒的方法。
[0007]本發(fā)明提供了一種制備Zn1 xMgx0納米棒的方法，包括以下步驟:
[0008]步驟S1、將ZnO納米棒和草酸加入到Mg2+溶液中，得到pH值小于6的混合液；然后向該混合液中加入氨水，以得到沉淀；然后將該沉淀烘干，以得到前驅(qū)體；
[0009]步驟S2、將所述前驅(qū)體與熔鹽混合，并一起在高于熔鹽熔融溫度的加熱溫度下加熱，然后冷卻、洗滌，從而得到Zn1 xMgx0納米棒。
[0010]本發(fā)明上述的制備Zn1 xMgx0納米棒的方法中，所述熔鹽為NaCl和KCl的復(fù)合鹽、NaCl鹽和KCl鹽中任意一種。
[0011]本發(fā)明上述的制備Zn1 xMgx0納米棒的方法中，所述加熱溫度處于800°C -900°C之間。
[0012]本發(fā)明上述的制備Zn1 xMgx0納米棒的方法中，所述ZnO納米棒與所述Mg2+溶液中的Mg2+的摩爾比處于1-4之間。
[0013]本發(fā)明上述的制備Zn1 xMgx0納米棒的方法中，在向混合液中加入氨水之前，通過超聲波分散和/或攪拌所述混合液。
[0014]本發(fā)明上述的制備Zn1 xMgx0納米棒的方法中，氨水通過滴加或注射方式加入到混合液中，使其PH處于6-7之間。
[0015]本發(fā)明上述的制備Zn1 xMgx0納米棒的方法中，所述ZnO納米棒通過氣相沉積法或水熱法制備得到。
[0016]本發(fā)明上述的制備Zn1 xMgx0納米棒的方法中，所述Mg2+溶液為Mg(N0 3)2溶液或MgC I2溶液。
[0017]本發(fā)明通過采用熔鹽法能夠?qū)崿F(xiàn)Zn1 xMgx0納米棒結(jié)晶完好，還通過采用在ZnO納米棒包裹一層草酸鎂使得Zn1 xMgx0納米棒的c軸取向性高，本發(fā)明工藝容易控制，操作性強。
【附圖說明】
[0018]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中:
[0019]圖1為本發(fā)明的產(chǎn)物A、產(chǎn)物B、產(chǎn)物C以及產(chǎn)物D的XRD圖譜；
[0020]圖2為本發(fā)明的以0.01mol/L的Zn (NO3) 2.6H20，95°C的水熱溫度下保溫4h制備得到的ZnO納米棒的SEM圖片；
[0021]圖3為本發(fā)明的以0.02mol/L的Zn(NO3)2.6H20，95°C的水熱溫度下保溫4h制備得到的ZnO納米棒的SEM圖片；
[0022]圖4為本發(fā)明的以0.04mol/L的Zn (NO3) 2.6H20，95°C的水熱溫度下保溫4h制備得到的ZnO納米棒的SEM圖片；
[0023]圖5為本發(fā)明的以0.05mol/L的Zn (NO3) 2.6H20，95°C的水熱溫度下保溫4h制備得到的ZnO納米棒的SEM圖片；
[0024]圖6為本發(fā)明的在Zn (NO3)2.6Η20的濃度為0.05mol/L, 80°C的水熱溫度下制備得到的ZnO納米棒的SEM圖片；
[0025]圖7為本發(fā)明的在Zn (NO3)2.6Η20的濃度為0.05mol/L, 85°C的水熱溫度下制備得到的ZnO納米棒的SEM圖片；
[0026]圖8為本發(fā)明的在Zn (NO3)2.6Η20的濃度為0.05mol/L, 95°C的水熱溫度下制備得到的ZnO納米棒的SEM圖片；
[0027]圖9為本發(fā)明的在Zn(NO3)2.6H20的濃度為0.05mol/L, 120°C的水熱溫度下制備得到的ZnO納米棒的SEM圖片；
[0028]圖10為本發(fā)明的第一試樣a、第二試樣b、第三試樣C、第四試樣d、第五試樣e以及ZnO納米棒的XRD圖譜；
[0029]圖11為本發(fā)明的第一試樣a、第二試樣b、第三試樣C、第四試樣d、第五試樣e以及ZnO納米棒在2 Θ為33.5。-35.0°的XRD圖譜；
[0030]圖12為本發(fā)明的第六試樣f、第七試樣g、第八試樣h以及第九試樣i以及ZnO納米棒的XRD圖譜；
[0031]圖13為本發(fā)明的第六試樣f、