[发明专利]制备SnO2－ZnO异质纳米枝杈结构的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米氧化物半导体材料异质结构制备技术领域，特别涉及制备特殊形貌的SnO₂-ZnO异质纳米枝杈结构的方法。

背景技术

ZnO是一种重要的宽禁带(3.37eV)的半导体、压电、光电导材料，在场发射器件、太阳能电池、光电子器件以及表面声波导等领域有着广泛的应用。SnO₂是一种典型的半导体型金属氧化物，其禁带宽度为3.16eV(300K)。SnO₂纳米线等一维纳米结构由于其在两个维度上的尺寸小，因而具有很高的比表面积，其化学吸附力和催化能力都显著增强，同时其能带结构也较其体材料具有更为新颖的特征。两者的异质结构，SnO₂-ZnO纳米异质结预期会显示出一些优越的性能。具有独特的光电性质和潜在应用价值。由于纳米材料的性质敏感地依赖于其微结构，因此在生长过程中更好地控制SnO₂与ZnO一维纳米材料的生长，以获得质量好且具有特定结构的一维纳米异质结材料，在具体应用上具有非常重要的意义。

已有的制备出的SnO₂-ZnO异质结构有壳层结构(Weidong Yu，Xiaomin Li，Xiangdong Gao，and Feng Wu，J.Phys.Chem.B 2005，109，17078～17081)，并行纳米带结构(Jianwei Zhao，Changhui Ye，Xiaosheng Fang，Lirong Qin，andLide Zhang，Crystal Growth and Design，2006，6，2643～2647)等，这些纳米结构没有固定的方向，杂乱无序，限制了材料在纳米器件上的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备特殊形貌的SnO₂-ZnO异质纳米枝杈结构的方法。

本发明的制备SnO₂-ZnO异质纳米枝杈结构的方法包括以下步骤：

1)将原料SnO₂粉与原料石墨粉按物质的摩尔比为1∶5～5∶1混合并研磨，将原料ZnO粉与原料石墨粉按物质的摩尔比为1∶5～5∶1混合并研磨；上述以原料石墨的摩尔为基准；

2)将步骤1)得到的原料SnO₂粉和原料石墨粉的混合物放入瓷舟中，然后将瓷舟放在管式炉的中部；

3)将Al₂O₃基片平铺在步骤2)的管式炉下游距中部5～20cm处，作为SnO₂纳米结构生长的基底；

4)将步骤3)的管式炉加热到800～1000℃，升温速度在10～30℃/min；

5)将惰性气体和空气通入步骤4)的管式炉中作为载气，惰性气体的流量为10～100sccm，空气的流量为2～10sccm；管式炉内的压强为50～500Pa，保持30～60分钟，反应结束后，自然冷却到室温，取出Al₂O₃基片；

6)将步骤1)得到的原料ZnO粉和原料石墨粉的混合物放入瓷舟中，然后将瓷舟放在管式炉的中部；将步骤5)取出的Al₂O₃基片平铺在管式炉下游距中部5～20cm处，作为ZnO纳米结构生长的基底；

7)将步骤6)的管式炉加热到900～1100℃，升温速度在10～30℃/min；

8)将惰性气体和空气通入步骤7)的管式炉中作为载气，惰性气体的流量为10～100sccm，空气的流量为2～10sccm；管式炉内的压强为50～5000Pa，保持20～90分钟，反应结束后，自然冷却到室温，取出Al₂O₃基片，Al₂O₃基片上面的白色毛绒状产物是SnO₂-ZnO异质纳米枝杈结构；其中所述的SnO₂-ZnO的异质纳米枝杈结构的轴向为SnO₂纳米线，径向为ZnO纳米线。

本发明制备得到的SnO₂-ZnO的异质纳米枝杈结构的轴向SnO₂纳米线的半径在40nm～150nm左右，长度在微米量级(长度为1um～5um)；径向ZnO纳米线的半径在20nm～150nm，优选在20～100nm；长度在50nm～2um，优选在50nm～200nm，相邻的两根径向ZnO纳米线所成角度在68°～73°。