[发明专利]一种提高氧化锌材料辐照稳定性的方法

说明书

本发明提供了一种提高氧化锌材料辐照稳定性的方法，属于新材料领域，本发明的方法是将氧化锌材料放入坩埚置于通有H₂还原性气氛的管式炉，用2小时将炉温从室温升至500~800℃；在管式炉中500~800℃保温1h后，关闭炉子，随炉通入H₂，冷却至室温后取出，即可获得耐辐照的氧化锌材料；或者将薄膜和单晶氧化锌进行低能量、低注量的粒子辐照；该方法工艺简单、周期短、成本低、性能稳定、可应用于不同维度的氧化锌材料，如多晶粉末、纳米结构、大块单晶，且易于规模化生产加工。利用此方法处理的氧化锌材料具有突出的耐能量粒子辐照损伤特性，可广泛应用于航天器热控涂层、太阳能电池、空间粒子探测器以及核辐射防护等极端环境领域。

技术领域

本发明涉及一种提高氧化锌材料辐照稳定性的方法，属于新材料领域。

背景技术

ZnO作为一种直接带隙的第三代半导体光电材料，其禁带宽度约为3.37 eV，具有高达60 meV室温激子束缚能、以及形貌和纳米结构的可控合成等优点。相比于Si、GaN、GaAs等半导体材料，氧化锌独特的优点是其具有良好的辐照稳定性，使其在太阳能电池、紫外激光器、空间环境探测器、热控涂层以及其它光电子器件等空间探索领域展现出广阔的应用前景。如ZnO基白色热控涂层具有低吸收-发射比特性，其热/光学性能可在很宽的范围内变化，广泛用于各个类型的航天器热控系统中。然而，在冷黑空间质子、电子以及核辐射等极端环境因素的作用下，ZnO材料会产生色心吸收、载流子浓度突变、晶格质量退化等辐照损伤现象，造成材料光电功能退化和失效。因此，目前各国均投入了大量人力、物力、财力研究开发具有优良辐照稳定性的氧化锌材料，以满足氧化锌等新一代半导体材料在空间探索及核辐射环境等极端环境的应用需求。

国内外研究人员先后提出了一系列的防护方法和改性技术来提高ZnO材料在辐射环境作用下的稳定性。如美国NASA的研究人员发现尺寸范围分布在200~500 nm的氧化锌粉末具有较佳光谱反射系数，通过O₂退火以及对ZnO进行Na₂O₂等富氧处理改善ZnO的化学计量比，通过掺杂增加电子浓度以抑制电子从价带到辐照产生的单电离氧空位的跃迁，钝化色心吸收等等（美国专利Michael Charles Shai, Gambrills, Electrically conductivethermal control coatings, US patent, 1978, 4111851），这些方法一定程度上提高了ZnO材料的初始光学性能，但对改善ZnO材料的辐照稳定性并无实质性效果。

发明内容

为解决上述问题，本发明基于缺陷调控原理，通过在氧化锌晶格中预引入欠氧型缺陷（如氧空位、锌填隙及其复合缺陷等），利用缺陷对辐射粒子能量的部分吸收和对辐照诱生缺陷的快速迁移复合，实现对辐射损伤的有效防护使其广泛应用于空间探测和核辐射等极端环境中。

本发明是这样实现的：

一种提高氧化锌材料辐照稳定性的方法，所述的方法为：将氧化锌材料放入坩埚中，再置于通有H₂还原性气氛的管式炉，用2小时将炉温从室温升至500~800℃，在管式炉中500~800℃保温1h后，随炉冷却至室温后取出，即可获得耐辐照的氧化锌材料。

进一步，所述的氧化锌材料包括氧化锌材料粉末、氧化锌薄膜、或者氧化锌晶片。

本发明还公开了了另外一种提高氧化锌材料辐照稳定性的方法，所述的方法为：对氧化锌材料进行粒子辐照预处理；具体为：对氧化锌材料进行低能量、低注量的粒子辐照；所述的低能量范围为10~200 keV，所述的低注量为1E10¹⁵/cm²。