專利名稱：C－軸擇優(yōu)取向單晶ZnO六棱微管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬低維結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體光電子材料領(lǐng)域，它特別涉及一種獲得C-軸擇優(yōu)取向單晶ZnO六棱微管的方法。
背景技術(shù)：
自1991年日本電子顯微鏡專家Lijima首次發(fā)現(xiàn)碳納米管以來，碳納米管因其獨特的力學(xué)、電學(xué)及化學(xué)特性，已成為世界范圍內(nèi)的研究熱點之一。在碳納米管中，由于電子的量子限域效應(yīng)，電子只能在單層石墨片中沿納米管的軸向運動，其徑向運動受到限制，使碳納米管具有獨特的電學(xué)性質(zhì)、熱導(dǎo)和獨特的力學(xué)性質(zhì)。受納米碳管的啟發(fā)，國際上材料、物理及化學(xué)科學(xué)家已將納米管的思路拓寬至半導(dǎo)體和介質(zhì)材料領(lǐng)域。
ZnO為II-VI族寬禁帶化合物半導(dǎo)體，為纖鋅礦(Wurtzite)六角晶系結(jié)構(gòu)，空間群P63mc，具有高C-軸取向性。晶格常數(shù)與GaN相似，禁帶寬度為3.37eV。ZnO材料在室溫下具有高的激子束縛能(約60meV，而GaN為21meV，ZnSe為20meV)和較低的電子誘生缺陷，室溫下光激發(fā)機制有效。ZnO薄膜在表面波器件、太陽能電池等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。ZnO薄膜作為一種新型的光電材料，在短波長激光發(fā)射、紫外光探測器、LEDs、LDs等領(lǐng)域有巨大的發(fā)展?jié)摿?。對ZnO納米材料，特別是低維ZnO材料的自組織設(shè)計和制備已成為國際上材料、物理和化學(xué)界研究的熱點。低維半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料是一種人工可改性的新型半導(dǎo)體材料，具有與體材料截然不同的性質(zhì)。隨著材料維度的降低和結(jié)構(gòu)特征尺寸的減小，量子尺寸效應(yīng)，量子干涉效應(yīng)，量子隧穿效應(yīng)，庫侖阻塞效應(yīng)以及多體關(guān)聯(lián)和非線性光學(xué)效應(yīng)都會表現(xiàn)得越來越明顯，這將從更深的層次揭示出低維材料所特有的新現(xiàn)象、新效應(yīng)，并為量子器件，如量子干涉晶體管，量子線場效應(yīng)晶體管，單電子晶體管和單電子存儲器以及量子點激光器，微腔激光器等的研制創(chuàng)造了條件。
目前，在ZnO一維量子線、二維量子點的制備方面已有相關(guān)報道，但國內(nèi)外尚無制備C-軸擇優(yōu)取向單晶ZnO六棱微管的報道和相關(guān)專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種C-軸擇優(yōu)取向單晶ZnO六棱微管的制備方法，所制備的ZnO微管為單晶管，且與ZnO單晶的六方纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)具有相同的完整六棱結(jié)構(gòu)，其C-軸(0002)沿管的軸方向取向，管的直徑為1～10μm，管壁厚為0.1～2μm，管長度為5～20μm。
本發(fā)明目的的實現(xiàn)是通過一種前驅(qū)物利用水熱合成方法制備C-軸擇優(yōu)取向單晶ZnO六棱微管，所述的前驅(qū)物是指鋅鹽或鋅醇鹽，包括醋酸鋅或醋酸鋅基化合物等。
本發(fā)明的一種C-軸擇優(yōu)取向單晶ZnO六棱微管的制備方法，其特征是采用下面的步驟步驟1、先合成前驅(qū)物，將前驅(qū)物加去離子水配置成濃度為0.3～0.5M(每升溶液中溶劑的摩爾含量)的溶液；步驟2、將配好的溶液加入內(nèi)襯耐酸堿并能承受一定溫度的材料的容器中，使所加溶液占內(nèi)襯容器的容積體積的10～50％；步驟3、將預(yù)先清洗好的基片放入內(nèi)襯耐酸堿并能承受一定溫度的材料的容器的溶液中，拋光面向上(玻璃基片除外)；步驟4、將內(nèi)襯耐酸堿并能承受一定溫度的材料的容器放置于金屬反應(yīng)釜中，擰緊金屬反應(yīng)釜蓋，并將金屬反應(yīng)釜放入恒溫干燥箱中加熱，先在100～150℃預(yù)保溫1～3小時后，再升溫加熱到170～220℃，保溫4～8小時；步驟5、自然降溫至室溫，開啟反應(yīng)釜蓋，將基片取出，用去離子水清洗，烘干后可得在基片(拋光面)上生成的C-軸擇優(yōu)取向單晶ZnO六棱微管，如圖1～4所示。
需要說明的是，上面所述的基片包括Si單晶、ZnO單晶、石英單晶、藍寶石、GaN單晶，玻璃和Au、Cr、Al、Cu金屬基片；所述的耐酸堿并能承受一定溫度的內(nèi)襯材料可以是聚四氟乙烯。
本發(fā)明的獨創(chuàng)性和技術(shù)特點本發(fā)明所制備的ZnO微管為單晶管，且與ZnO單晶的六方纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)具有相同的完整六棱結(jié)構(gòu)，其C-軸(0002)沿管的軸方向取向，本發(fā)明所采用水熱合成技術(shù)方法具有工藝簡單、設(shè)備成本、所用前驅(qū)體合成容易、制成品重復(fù)性、一致性好的特點。
附圖及其


圖1采用本發(fā)明方法生成的ZnO六棱微管在基片上的分布(100倍)圖2采用本發(fā)明方法生成的ZnO六棱微管在基片上的分布(1000倍)圖3采用本發(fā)明方法生成的ZnO六棱微管形貌(5000倍)從圖中看出，通過采用本發(fā)明的方法，就可以在基片上制備出了形狀、大小基本一致的、具有六棱結(jié)構(gòu)的ZnO微米管。
圖4為ZnO六棱微管的HRTEM(高分辨率透射電子顯微鏡)形貌(a)單管的SEM(掃描電子顯微鏡)形貌；(b)單管的TEM(透射電子顯微鏡)圖；(c)單管局部的HRTEM圖；(d)六棱管的電子衍射圖樣。
從圖中可看出，ZnO六棱管為單晶，其C-軸(0002)方向為管的軸向。
具體實施例方式
本實施例中前驅(qū)物采用分析純水合醋酸鋅[Zn(CH3COO)2·2H2O]，它采用下面的方法實現(xiàn)步驟1、將分析純水合醋酸鋅[Zn(CH3COO)2·2H2O]，放置于真空干燥箱中，在85℃真空干燥24小時，取出待用；步驟2、將干燥后的醋酸鋅加入去離子水，配成濃度為0.3～0.5M的溶液；步驟3、將配好的溶液加入內(nèi)襯聚四氟乙烯容器中，使所加溶液占內(nèi)襯聚四氟乙烯容器的容積25％，并將預(yù)先清洗好的基片放入內(nèi)襯聚四氟乙烯容器的溶液中，基片的拋光面向上(玻璃基片除外)；步驟4、將內(nèi)襯聚四氟乙烯容器放置于金屬反應(yīng)釜中，金屬反應(yīng)釜應(yīng)能承受1.5Mpa和250℃的反應(yīng)壓力和溫度；擰緊金屬反應(yīng)釜蓋，并將金屬反應(yīng)釜放入恒溫干燥箱中加熱，先在120℃保溫1～3小時后，再升溫加熱到185℃，保溫4～8小時；步驟5、自然降溫至室溫，開啟反應(yīng)釜蓋，將基片取出，用去離子水清洗，烘干后可得在基片(拋光面)上生成的C-軸擇優(yōu)取向單晶ZnO六棱微管，如附圖1～4所示。
通過上述方法，所制備的ZnO微管為單晶管，且與ZnO單晶的六方纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)具有相同的完整六棱結(jié)構(gòu)，其C-軸(0002)沿管的軸方向取向，管的直徑為1～10μm，管壁厚為0.1～2μm，管長度為5～20μm。
權(quán)利要求
1.一種C-軸擇優(yōu)取向單晶ZnO六棱微管的制備方法，其特征是采用下面的步驟步驟1、先合成前驅(qū)物，將前驅(qū)物加去離子水配置成濃度為0.3～0.5M(每升溶液中溶劑的摩爾含量)的溶液；步驟2、將配好的溶液加入內(nèi)襯耐酸堿并能承受一定溫度的材料的容器中，使所加溶液占內(nèi)襯容器的容積體積的10～50％；步驟3、將預(yù)先清洗好的基片放入內(nèi)襯耐酸堿并能承受一定溫度的材料容器的溶液中，拋光面向上(玻璃基片除外)；步驟4、將內(nèi)襯耐酸堿并能承受一定溫度的材料的容器放置于金屬反應(yīng)釜中，擰緊金屬反應(yīng)釜蓋，并將金屬反應(yīng)釜放入恒溫干燥箱中加熱，先在100～150℃預(yù)保溫1～3小時后，再升溫加熱到170～220℃，保溫4～8小時；步驟5、自然降溫至室溫，開啟反應(yīng)釜蓋，將基片取出，用去離子水清洗，烘干后可得在基片(拋光面)上生成的C-軸擇優(yōu)取向單晶ZnO六棱微管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種C-軸擇優(yōu)取向單晶ZnO六棱微管的制備方法，其特征是所述的前驅(qū)物是指鋅鹽或鋅醇鹽，包括醋酸鋅或醋酸鋅基化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種C-軸擇優(yōu)取向單晶ZnO六棱微管的制備方法，其特征是所述的耐酸堿并能承受一定溫度的內(nèi)襯材料可以是聚四氟乙烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種C-軸擇優(yōu)取向單晶ZnO六棱微管的制備方法其特征是所述的基片包括Si單晶、ZnO單晶、石英單晶、藍寶石、GaN單晶，玻璃和Au、Cr、Al、Cu金屬基片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種C-軸擇優(yōu)取向單晶ZnO六棱微管的制備方法，其特征是所述的前驅(qū)物采用分析純水合醋酸鋅[Zn(CH3COO)2·2H2O]，具體制備步驟是步驟1、將分析純水合醋酸鋅[Zn(CH3COO)2·2H2O]，放置于真空干燥箱中，在85℃真空干燥24小時，取出待用；步驟2、將干燥后的醋酸鋅加入去離子水，配成濃度為0.3～0.5M的溶液；步驟3、將配好的溶液加入內(nèi)襯聚四氟乙烯容器中，使所加溶液占內(nèi)襯聚四氟乙烯容器的容積25％，并將預(yù)先清洗好的基片放入內(nèi)襯聚四氟乙烯容器的溶液中，基片的拋光面向上(玻璃基片除外)；步驟4、將內(nèi)襯聚四氟乙烯容器放置于金屬反應(yīng)釜中，金屬反應(yīng)釜應(yīng)能承受1.5Mpa和250℃的反應(yīng)壓力和溫度；擰緊金屬反應(yīng)釜蓋，并將金屬反應(yīng)釜放入恒溫干燥箱中加熱，先在120℃保溫1～3小時后，再升溫加熱到185℃，保溫4～8小時；步驟5、自然降溫至室溫，開啟反應(yīng)釜蓋，將基片取出，用去離子水清洗，烘干后可得在基片(拋光面)上生成的C-軸擇優(yōu)取向單晶ZnO六棱微管。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種C－軸擇優(yōu)取向單晶ZnO六棱微管的制備方法，本發(fā)明目的實現(xiàn)是通過一種前驅(qū)物利用水熱合成方法制備C－軸擇優(yōu)取向單晶ZnO六棱微管，所述的前驅(qū)物是指鋅鹽或鋅酸鹽，包括醋酸鋅或醋酸鋅基化合物等。采用本發(fā)明的方法所制備的ZnO微管為單晶管，且與ZnO單晶的六方纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)具有相同的完整六棱結(jié)構(gòu)，其C－軸(0002)沿管的軸方向取向，本發(fā)明所采用水熱合成技術(shù)方法具有工藝簡單、設(shè)備成本、所用前驅(qū)體合成容易、制成品重復(fù)性、一致性好的特點。
文檔編號C30B7/10GK1594670SQ03135790
公開日2005年3月16日 申請日期2003年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月9日
發(fā)明者鄧宏, 周小燕, 姜斌, 李燕, 李言榮, 王恩信 申請人:電子科技大學(xué)