[发明专利]利用锌量子点制备氧化锌纳米棒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用锌量子点制备氧化锌纳米棒的方法，属于纳米材料和纳米结构制备技术领域。

背景技术

氧化锌是一种具有重要应用价值的II-VI族半导体材料，是少数几种易于实现量子尺寸的氧化物半导体材料之一，也是目前国际上短波半导体激光器件材料研究的热点。氧化锌纳米材料具有良好的导电性、导热性、化学稳定性、荧光性、压电性以及吸收和散射紫外线能力，应用前景极为广阔。氧化锌一维纳米结构的制备方法、定向生长机理和性能研究，是发明创新和高技术产生的重要源泉。

氧化锌纳米棒属于一维纳米结构，电子和光学激子在纳米棒中只能沿轴向有效传输，因而可以作为集成纳米阵列器件的基本单元，可以用作纳米器件及超大规模集成电路中的连接导线、光导纤维、以及纳米悬臂和纳米探针等。氧化锌纳米棒的制备方法很多，但依据生长机理的不同，可以将其分成三大类：

(1)气—液—固法。气—液—固法的特征是纳米线的生长依赖于先形成一种包含有催化剂元素(如Au等)的合金或金属液滴，合金液滴变得过饱和后，纳米棒开始生长，从而形成一维纳米结构，由于需要金属液滴作为催化剂，这种方法一般需要高温，而且在长成的纳米线的端部还带有催化剂杂质，影响纳米棒的性能。如中国专利(申请号2004 1 0029905.8)公布了一种硅衬底纳米氧化锌及其制备方法和应用，该发明属于气—液—固法。世界知识产权局公开了一种制备氧化锌纳米棒阵列的方法，申请号是：WO 05044722。该方法首先需要制备锌纳米颗粒，然后将纳米颗粒包复或者涂复在基片上，形成缓冲层和晶种层，随后在包含有锌硝酸盐的营养液中生长出氧化锌纳米棒，然后还要用去离子水清洗，然后再脱水，等等，该发明也属于气—液—固法，而且制备工艺复杂，工艺条件难以控制，难以工业化生产。

(2)气—固法。气—固法又可以分为物理气相沉积和化学气相沉积两种，前者是物理蒸发和再沉积过程，属于物理过程；后者在形成蒸气后发生了化学变化，所形成的一维纳米材料与前驱体反应物化学组成不同，但无论哪一种，都需要将材料从固体态变为气态，因此，气-固法一般需要很高的温度，能耗较高。中国专利02115818.5，公布了一种ZnO纳米晶须材料及其制备方法，该方法将冶金含锌废弃物富集后，装入石墨柑锅，再将它们放入真空蒸发室中，用高频加热设备蒸发富锌料，调节氧化反应室的压力为8000-10000Pa，加热富锌料时用惰性气体将Zn蒸气焰从真空蒸发室导入氧化反应室，控制混合气体体积百分比在60％-80％O₂。当Zn蒸气焰喷出时，用高速细流的惰性气体将Zn蒸气焰冲入反应室，Zn蒸气焰冷凝并与O₂反应，生成ZnO纳米晶须。美国专利商标局2007年5月5日公开了一种名为“制造氧化锌纳米线的方法和装置”的发明，申请号：20070154385，它主要包括：在基片上形成包含有羟基团族的氧化锌晶粒层，并在这种晶粒层上生长氧化锌纳米线。其中氧化锌晶粒层的制备是通过将金属锌和氧化剂气化得到的，上述方法都属于气—固法。此外，美国专利US6863943，US6586095，US7294417等也都属于气—固法。

(3)模板法。这种方法需要首先制备出多孔模板，然后结合电沉积、溶胶凝胶、气相法等来实现纳米线在孔洞中的生长，有时需要在模板上沉积或者蒸镀催化剂，最后，利用适当的化学腐蚀方法除掉模板，得到需要的纳米线。模板法过程复杂，当模板被酸或碱除去之后，纳米线将聚集在一起，其有序性将被破坏。

发明内容

本发明提出了一种利用锌量子点制备氧化锌纳米棒的方法，其目的在于克服现有的气—液—固法和气—固法，需要高温，能耗高，制备过程都排泄污染物，而且在长成的纳米线的端部还带有催化剂杂质，影响纳米棒的性能；模板法过程复杂，当模板被酸或碱除去之后，纳米线将聚集在一起，其有序性将被破坏等弊端。本发明既不同于气—液—固法，也不同于气—固法，更不同于模板法。本发明是通过锌量子点和氧化剂反应来制备氧化锌纳米棒，所述的锌量子点是通过滚压振动磨在干法室温状态下制备的。本发明方法无需催化剂，不污染产物；反应温度较低，大约在150℃-300℃，能耗低；反应速度高，制备效率高；操作简便，生产批量大；制备过程的副产物只有氢气，不产生任何污染物；得到的氧化锌纳米棒具有特定的生长方向，应用价值高。

利用锌量子点制备氧化锌纳米棒的方法，其特征在于：通过锌量子点和氧化剂反应来制备氧化锌纳米棒。

制备方法步骤如下：

A)先将尺度为3-5纳米、纯度为95％以上的锌量子点放入反应器内；