[发明专利]一种CuAlO2粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及CuAlO₂粉末的制备方法。

背景技术

透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide，简称TCO)是一种在可见光区域具有高透过性和高导电率的材料。正是由于TCO具有禁带宽、电阻率低、可见光范围光学透明率高和红外光谱区域光反射率高等特性已经被广泛应用于太阳能电池、平面显示器、特殊功能窗口涂层、触摸屏、气敏元件、抗静电涂层以及现代战机和巡航导弹的窗等光电器件领域。例如，In₂O₃:Sn（ITO)薄膜具有透明性好，电阻率低、易刻蚀和易低温制备等优点，一直是平板显示器领域中TCO薄膜的主要材料。与此同时，多元TCO薄膜不仅进一步丰富了TCO薄膜的材料种类、拓展了其应用领域，也为通过调节各化学组分的含量来改变其性能，从而达到应用要求提供了更多的可能。

虽然过去若干年TCO材料得到了蓬勃发展，但是其应用仍存在很大的限制，仅局限于作为透明电极或红外反射涂层膜等使用，难以成为真正意义上的“透明器件”。究其原因：这些TCO大多都是n型电子导电材料，而P型空穴导电TCO材料非常少，且其导电性与n型TCO比较相差甚远，通常电导率低3~4个数量级，无法实现具有良好性能p-n结。在微电子和光电子器件以及电路的应用中，它只能作为无源器件，因而限制了透明导电膜的应用空间。如果能制备出具有良好光电性能的P型的透明导电膜，则可以拓宽它的应用领域——使之从无源器件，拓展到有源器件。例如可以制作透明p-n结、FET等有源器件，甚至可使整个电路实现透明。更为重要的是P型透明导电膜的发现，还可以开拓一个崭新的研究领域，产生新的光电子器件及相关产业的发展。

CuAlO₂作为最早被开发出来的铜铁矿类p型TCO材料，直接和间接带隙分别为1.8eV和3.5eV，在可见光范围内具有高的透明度（宽禁带）和电导率，其原料价格低廉等优点，一直备受人们的青睐。

迄今为止，许多研究者运用不同的方法制备出了CuAlO₂粉末，包括固相反应法，离子交换法，溶胶凝胶法等，以上方法或是对设备要求较高，操作复杂且成本高，或是工艺复杂等。水热法具有环境友好和操作简单等有点，而且不需要有机溶剂，不需要额外的其他工艺，如煅烧。

发明内容

本发明的目的是提供一种原料廉价易得，无毒，制备成本低，而且操作简单，反应温度低的CuAlO₂粉末的制备方法。

本发明的CuAlO₂粉末的制备方法，采用的是水热制备法，步骤如下：

将CuO、Cu、Al₂O₃和NaOH按摩尔比1：1：1：1～2加入去离子水中，搅拌均匀后倒入反应釜中，注入去离子水至填充度为70～80%，将反应釜密封后在300~360℃下保温8~24小时进行水热反应，反应结束自然冷却到室温，取出反应釜中的产物，离心分离后依次用去离子水、氨水、去离子水、无水乙醇清洗，干燥，得到CuAlO₂粉末。

本发明制备方法简单、所需的设备便宜，易操作且低能耗，所需原料易得、无毒，重复利用性强。

附图说明

图1   本发明制备得到的CuAlO₂粉末的X射线衍射（XRD）图；

图2   本发明制备得到的CuAlO₂粉末的扫描电镜（SEM）照片；

图3   本发明制备得到的CuAlO₂粉末的能量色散谱（EDS）。

具体实施方式

以下通过实例结合示意图进一步说明本发明CuAlO₂粉末的制备方法。

实施例1

首先将0.40g的分析纯CuO、0.32g的分析纯Cu、0.51g的分析纯Al₂O₃和0.20g的分析纯NaOH（摩尔比CuO：Cu：Al₂O₃：NaOH=1：1：1：1）依次加入去离子水中。

然后，用可加热的磁力搅拌器将此浑浊液搅拌均匀，将浑浊液倒入反应釜中。

接着向反应釜中注入去离子水至填充度达到80%，将反应釜密封好后，在350℃下保温12小时进行水热反应，反应结束自然冷却到室温。 

最后取出反应釜中的产物，离心分离后依次用去离子水、氨水、去离子水、无水乙醇清洗，得到黑色粉末，将粉末置于干燥箱中于80℃干燥一个小时。