[发明专利]一种制备ZnO微米棒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备ZnO微米棒的方法。

背景技术

氧化锌(ZnO)是一种重要的宽禁带半导体功能材料，室温下能带带隙为 3.37eV，激子束缚能高达60meV，远高于其它宽禁带半导体材料(如：GaN为 25meV，ZnSe为22meV)激子束缚能，是室温热能的2.3倍(26meV)，因此ZnO 的激子在室温下可以稳定存在，从而可以实现室温或更高温度下的激子-激子 碰撞诱发的受激辐射，相对于电子-空穴对等离子体受激发射而言，所需的激 射阈值更低；而且ZnO在室温下的紫外受激发射还具有较高的光学增益和能 量转换效率以及高的光响应特性，另外激子受激辐射的单色性也很好，在紫外 波段具有强的自由激子跃迁发光，在信息光电领域有广泛的应用前景，是近年 来继GaN之后国际上又一研究热点，在短波长发光二极管、激光器、紫外探 测器、高频和大功率器件及其相关器件方面的有着广阔的应用前景。同时，亦 可用作白色颜料，用于印染、橡胶、涂料、医药、油墨、电缆、电子、造币、 搪瓷、火柴、化工、化妆品、磷化液、电子激光材料、荧光粉、催化剂、磁性 材料制造等。由于微米级的棒状ZnO其缺陷小，主要是单晶结构，适用于做 光电子器件等，但现有微米级的棒状ZnO制备或者工艺复杂，所需原料为昂 贵的高纯度金属锌，制作成本高；或者制得物的纯度低、性能差。

发明内容

本发明目的是提供一种制备ZnO微米棒的方法，该方法制备物的纯度高，并 可方便地控制制得物的尺寸，且其制备方法简单、节能，操作容易，对设备无 特殊要求，成本低，适用于大规模工业化生产。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是，一种热分解制备ZnO微 米棒的方法，其具体操作是：

将ZnCl₂置于刚玉坩埚底部，ZnCl₂的体积与坩埚总容积的比例为1～10∶ 150，在坩埚上部处放置刚玉陶瓷片，坩埚置于管式马弗炉中，在300-700℃下 煅烧0.5-3小时，自然冷却至室温；即在陶瓷片上生成ZnO微米棒。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、ZnCl₂是一种重要的工业原料，采用ZnCl₂作为锌源，来源广，成本低。

二、由固态的ZnCl₂在高温下进行热分解反应生成ZnO，较之液态反应，没 有其它物质参与，生成物纯度高。

三、整个过程无需特殊设备，直接在刚玉陶瓷片上生成产物，较之在高纯 度锌片上得到棒状ZnO，其成本更低廉，并且这种ZnO/陶瓷复合表面可用作陶 瓷改性及直接用作功能陶瓷使用。

四、实验证明，本发明的方法制得的ZnO微米棒可以通过调整反应时间和温 度控制尺寸和形貌，可以获得预期的不同长径比的ZnO微米棒；可制得直径范围 为2-30微米，长度5-100微米的ZnO微米棒，尤其适合于制作单晶光电子器件。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1是实施例1制备的ZnO微米棒X射线衍射图(XRD)。

图2a是实施例1制备的ZnO微米棒1000倍的扫描照片图(SEM)。

图2b是实施例1制备的ZnO微米棒5000倍的扫描照片图(SEM)。

图3是实施例2制备的ZnO微米棒扫描照片图(SEM)。

图4是实施例3制备的ZnO微米棒扫描照片图(SEM)。

图5是实施例4制备的ZnO微米棒扫描照片图(SEM)。

具体实施方式

实施例一

本例的具体操作是：

将ZnCl₂置于刚玉坩埚底部，ZnCl₂的体积与坩埚总容积的比例为1∶150， 在坩埚上部处放置刚玉陶瓷片，坩埚置于管式马弗炉中，在450℃下煅烧0.5 小时，自然冷却至室温；即在陶瓷片上生成ZnO微米棒。

图1是本例制备的ZnO微米棒X射线衍射图(XRD)；图1说明本例的制得物 为ZnO。图2a、图2b分别是本例制备的ZnO微米棒1000倍和5000倍的扫描照片图 (SEM)；图2a、图2b说明本例制得的ZnO微米棒分布均匀，其直径为2-4微米， 长度为20-30微米。

实施例二

本例的具体操作是：