[发明专利]连续调控氧化锌陶瓷光吸收性质的方法、氧化锌陶瓷及制备方法

说明书

本发明公开了一种连续调控氧化锌陶瓷光吸收性质的方法、氧化锌陶瓷及制备方法，将盛放有氧化锌粉体的模具置于等离子体烧结的炉膛中，抽真空，然后程序升温、烧结、程序降温，通过调节烧结温度和烧结压力来调控氧化锌陶瓷的光吸收性能。利用等离子体烧结技术的高温、缺氧和还原环境，以及等离子体烧结的脉冲电流，能够有效地在氧化锌陶瓷中通过控制烧结温度，引入大量的氧缺陷和间隙锌。通过调控烧结温度和压力，氧化锌陶瓷的颜色从原本的氧化锌的白色变成淡化色‑黄色‑暗黄色‑红棕色。

技术领域

本发明属于光谱学和材料科学工技术领域，具体涉及一种连续调控氧化锌陶瓷光吸收性质的方法、氧化锌陶瓷及制备方法，采用该方法使制备得到的氧化锌陶瓷材料可以吸收从紫外到可见光较大范围波长的光。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

氧化锌作为重要的氧化物半导体，拥有较宽的带隙(3.37eV)，而且具有激子能大、透明度高、无毒以及生物相容性好等优点，广泛应用于光电子装置、压电传感器以及气体探测等领域。但由于氧化锌的带隙较宽，对光的利用率会大大降低，而且氧化锌的电荷传输性低和导电性差，这些限制了氧化锌的应用。

大量研究表明，氧化锌的吸收边的变化，主要是氧化锌中的缺陷引起的，其中主要是氧空位和间隙锌，这些缺陷在氧化锌的能带中形成缺陷能级，从而减小氧化锌的带隙，改变氧化锌的光学性质，并改变其吸收边的位置；氧空位等缺陷的存在可以改变氧化锌材料表面的化学吸附及化学状态，增强了氧化锌材料在二氧化碳还原等领域的应用。此外，间隙锌的缺陷可以提高氧化锌的导电能力，是因为间隙锌是一种施主缺陷位于导带底附近，可以提高载流子的浓度。

目前，主要通过在缺氧环境和还原剂的作用下，在氧化锌中引入氧缺陷，但是发明人发现，采用该种方法对氧化锌材料的光吸收性能改变较小，氧化锌的颜色基本为淡黄色、黄色或者灰色，光吸收的改变是有限的；而且现有技术中氧化锌的间隙锌缺陷只能通过高温情况下，在锌蒸汽存在的条件下，在氧化锌中引入。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种连续调控氧化锌陶瓷光吸收性质的方法、氧化锌陶瓷及制备方法。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供一种连续调控氧化锌陶瓷光吸收性质的方法，包括如下步骤：

将盛放有氧化锌粉体的模具置于等离子体烧结的炉膛中，抽真空，然后程序升温、烧结、程序降温，通过调节烧结温度和烧结压力来调控氧化锌陶瓷的光吸收性能。

在一些实施例中，所述氧化锌粉体的比表面积为10-16m²/g，粒径为200nm-1μm。

进一步的，氧化锌粉体放入模具之前，先在450-550℃煅烧1.5-2.5h；优选的，煅烧温度为480-530℃，煅烧时间为1.8-2.2h；进一步优选的，煅烧温度为490-510℃，煅烧时间为1.9-2.1h；更进一步优选的，煅烧温度为500℃，煅烧时间为2h。

通过煅烧可以去除氧化锌粉体中的有机物和水分，以免对陶瓷的性能产生影响，同时，煅烧时间不易太长，以免出现团聚。

更进一步的，将煅烧后的氧化锌粉体球磨。通过球磨使得氧化锌粉体的结块充分分散。

在一些实施例中，抽真空后的炉膛内的气压值为0.1-10MPa。

在一些实施例中，程序升温的升温程序为以100-200℃/min的升温速率升到550-650℃并保温10-30min，外加压力控制在5.5-20MPa，随后温度以50-100℃/min的升温速率升到烧结温度；升温的速率不能过快，为了使粉体均匀受热，制备的陶瓷均匀性好，而且有足够的时间在陶瓷的内部形成分布均匀的缺陷。