[发明专利]球形铝掺杂氧化锌纳米粉体的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于无机化学领域，也属于光电功能材料领域，涉及透明导电金属 氧化物的制备方法，特别是一种球形铝掺杂氧化锌纳米粉体的制备方法。

背景技术：

透明导电氧化物半导体材料由于其特殊的光学，电学特性，已经被广泛应 用于很多领域，如LCD，OLED，TPD，以及太阳能电池等方面。在透明导电氧化物 家族中，锡掺杂氧化铟是目前技术发展和应用最为成熟的材料，但由于其原材料 稀有，价格较高，且有毒有害等缺点，限制了其应用和发展。铝掺杂氧化锌(AZO) 作为一种透明导电的n型半导体材料，由于其具有稳定的化学和机械性能，兼具 透明导电的特性，而且原材料丰富且价格低廉，无毒无污染等优点，被认为是最 具潜力的透明导电材料之一，而且也被认为是最有可能替代锡掺杂氧化铟的材 料，因此在近年来吸引了众多研究者的兴趣并得到了很大发展。

目前制备铝掺杂氧化锌粉体的方法有共沉淀法，热蒸发法，化学气相沉积 法和水热合成法等。其中水热合成法与其他合成技术相比较，该方法所合成的粉 体结晶度高，晶态完整，粉体粒径分布范围窄且形貌易于控制。对于工业生产而 言，与其他合成方法相较，水热合成法工艺相对简单，合成条件易于控制，具有 较高的生产效率和较低的生产成本，合成的粉体具有单个分散的特点，且粒度分 布均匀，无需进行焙烧即可获得高纯度的铝掺杂氧化锌纳米粉体。

中国专利CN101274775A公开了一种利用溶剂热合成法制备铝掺杂氧化 锌纳米粉体的方法。该方发采用醋酸锌为锌源，硝酸铝、硫酸铝或氯化铝为掺杂 剂，利用有机溶剂配置成浓度为0.01-0.5mol/L的先驱体溶液后，再在温度为 120-220摄氏度下反应2-144小时。再经过去离子水及无水乙醇洗涤，干燥，将 所得产物在400-700摄氏度，氢气气氛下焙烧1-4小时才可得到铝掺杂氧化锌 纳米粉体。该方法虽然可以制备不同粒度粒度的近球形铝掺杂氧化锌粉体，但其 工艺过程相对较为复杂。其存在两个方面的不足：一是使用了有机化学试剂，如 甲醇，乙醇和一缩二乙二醇，不仅增加了生产成本，而且也会对操作者和环境造 成危害和污染；其二是该方法所合成的粉体必须经过在氢气气氛下烧结才能得到 不同粒径的铝掺杂氧化锌纳米粉体。而烧结粉体不仅需要增加工业成本，也增加 了制备周期。同时烧结法制备的粉体具有易团聚，粒径不易控制等弊端。

除上述专利外，有关水热法制备铝掺杂氧化锌粉体的文献报道并不多见，目 前报道较多是利用共沉淀法。聂登攀等研究者(聂登攀等，中国科学B辑：化学， 2008，38(7)：584-588)将一定比例的Al₂(SO₄)₃·18H₂O和ZnSO₄·7H₂O混 合溶液与一定浓度的氨水溶液反应，将所沉淀的前驱物在1000-1200摄氏度煅烧 而得到铝掺杂氧化锌粉体。该方法虽然制备除了粒度分布较为均匀，晶粒发育良 好的近球形铝掺杂氧化锌粉体，但粉体的粒度较大(0.5-1微米之间)，不能满 足不同应用的需求，特别是纳米领域的应用要求。

发明内容：

本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种方法简单，成本低廉的合成铝 掺杂氧化锌纳米粉体的方法。

本发明的目的按照下述方案实现：

一种球形铝掺杂氧化锌纳米粉体的制备方法，其工艺过程为：水溶性锌盐与 铝盐按一定摩尔比例混合后，先加入去离子水在室温下充分搅拌，再加入氨水或 铵盐调整pH＝9-12，生成前驱体，将前驱体移入反应釜内，根据最终产物粒径 不同，在时间12-120小时、温度160-240℃范围内控制反应条件，反应产物用 去离子水清洗后，在100℃烘干即可得到粒径为15-250nm的球形铝掺杂氧化锌 粉体；

所述水溶性锌盐是氯化锌或硝酸锌或硫酸锌；

所述水溶性铝盐是氯化铝或硝酸铝或硫酸铝；

所述铵盐是碳酸氢铵；

所述水溶性锌盐的浓度为0.1～2.0mol/L；

所述水溶性铝中铝的含量在0.5-10.0at％。

本发明与现有技术相比具有以下的特点：

1、纳米铝掺杂氧化锌粉体的形貌为球形，粒度变化在15-250nm。

2、不使用有机溶剂，避免了污染环境和有机化学试剂对人体的危害，为 绿色环保制备技术。