[发明专利]受激发强蓝紫光的氧化锌纳米棒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米发光材料的制备方法，特别涉及一种受激发强蓝紫光氧化锌纳米棒的制备方法。

背景技术

ZnO是Ⅱ-Ⅵ族化合物中一种半导体型材料，ZnO的禁带宽度为3.37eV，激子结合能为60meV，远高于其它宽禁带半导体材料，如GaN为25meV。

纳米ZnO粒径介于1～100nm之间，拥有各式各样的纳米结构，在光电、压电、热电、铁电以及激光发射器等诸多领域都具有优异的性能。作为一种直接带隙宽禁带半导体材料，ZnO最具潜力的应用是在光电器件领域。

ZnO激子在室温下稳定，可以实现室温或更高温度下高效的受激发光。氧化锌的发光可分为单光子吸收过程和多光子吸收过程，因此，纳米ZnO受激可以呈现丰富荧光发射，辐射光范围涵盖紫外光到红光。在短波长光电器件领域如紫蓝光发光二极管(LEDs)和激光器(LDs)等，纳米ZnO可作为白光的起始材料。在一维材料中，由于量子约束效应，ZnO会具有更加优异的单、多光子受激发光特性，由于这些特性，ZnO基纳米光电器件备受关注。特别是在蓝紫光器件和电子器件上展示出诱人的应用前景，其二次谐波产生（SHG，Second-Harmonic Generation）、双或叁光子荧光（TPL，Two- or Three- Photon Luminescence）、随机激光（RL，Random Laser）等非线性光学特性尤引人关注。

纳米ZnO的受激发射强度、波长以及量子效率与纳米ZnO形貌、粒径、表面状态、缺陷类型、所处环境乃至制备方法等密切相关，通常认为，发紫光源于边带发射，蓝光发射源于填隙锌，绿光发射源于各种氧缺陷。纳米ZnO的合成方法众多，有超声波法和微波法、水热法（溶剂热法）、化学共沉淀法、气相沉积法、晶种诱导法、纳米颗粒自组装法、分子束外延自组装法等。其中共沉淀、水热法（溶剂热法）操作简单，条件易于控制，制得的产品形态稳定，已经是纳米ZnO棒的主要制备方法。

现有各种方法制备得到的ZnO纳米材料，受激之后发光通常出现在紫光、绿光，很少观察到蓝光为主或同时发出蓝紫光。关于ZnO纳米棒的蓝紫光发射，仅见文献报道关于ZnO发蓝紫光的理论研究，以及单光子发蓝紫光的掺杂氧化锌纳米棒或掺杂氧化锌薄膜制备方法，如何制备性能稳定、发蓝紫光且一定条件下蓝紫光发生转换的ZnO纳米棒尚未见文献报道。另一方面，已有公开发表的文献制备氧化锌纳米棒的反应时间较长，发蓝光较弱、光谱半高宽宽，单色性差，因此，应用受限。

要实现强蓝光发射，须制备富含间隙锌（零价）的ZnO纳米棒，即须解决让化学性质极其活泼的零价锌形成并稳定顺利进入晶格形成ZnO纳米棒的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有不足，提供一种受激发蓝紫光氧化锌纳米棒的制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种受激发强蓝紫光的氧化锌纳米棒的制备方法，包括如下步骤：

1)  称取锌源前驱物、碱、弱还原剂以及可选的掺杂元素前驱物，溶于去离子水中，得到溶液A；

2)  将非水溶剂醇和/或酮、分散剂聚乙二醇溶于去离子水中，得到溶液B；

3)  将溶液A和B混合均匀，加入水溶性表面活性剂，搅拌溶解，得到溶液C；

4)  将溶液C转入反应釜中，100～180℃保温0.5～5h，反应得到沉淀物；

5)  分离出沉淀物，干燥得到氧化锌纳米棒。

优选的，弱还原剂为水溶性有机胺、脂肪酸醇胺盐中的至少一种。

优选的，溶液A中，锌元素与弱还原剂的摩尔比为1：（0.5～3）。

优选的，混合液B中，去离子水与非水溶剂的体积比为1：（4～5）。

优选的，溶液B中，聚乙二醇的用量为0.1～0.5g/ml去离子水。

优选的，聚乙二醇的平均分子量在1000～5000范围内。

优选的，掺杂元素选自Li、Mg、Cu、Al。

优选的，掺杂元素与锌元素的摩尔比为（0.01～0.03）：1。

优选的，溶液A中，锌元素与氢氧根离子的摩尔比为1：（3～9）。

本发明的有益效果是：

1)  本发明方法制得的氧化锌纳米棒，由于富含零价间隙锌原子，在750nm～1300nm近红外激光作用下，不仅可以激发出强度高、单色性好的蓝紫光，还可实现TPL(呈现三、双光子特征，表现为蓝紫光与绿～橙红光发射)与SHG调变；

2)  本发明方法选用的原料广泛易得，生产成本较低；本方法操作简单、合成时间短，氧化锌纳米棒的形貌尺寸可控；