專利名稱：一種In摻雜的ZnO單分散納米顆粒及其合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種In摻雜的ZnO單分散納米顆粒及其 合成方法。
背景技術(shù)：
ZnO是一種II-VI族化合物半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度為3. 37eV,激子束縛能為 60meV，是制備室溫和更高溫度下的半導(dǎo)體激光器、紫外探測(cè)器、藍(lán)紫光發(fā)光二極管等的理 想材料。ZnO零維納米材料由于量子限域效應(yīng)、表面效應(yīng)、壓電效應(yīng)等所具有的優(yōu)于體材料 的光學(xué)和電學(xué)性能等已經(jīng)成為當(dāng)前光電信息研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。對(duì)ZnO納米顆粒中進(jìn)行In 的摻雜，讓In替代Zn的位置，能對(duì)其能帶進(jìn)行調(diào)節(jié)和電學(xué)性能的改良，提高納米晶中的自 由電子濃度，在制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件和納米光電子器件等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用價(jià)值和研究意義ο目前合成摻In的ZnO納米顆粒的方法較多，主要分為物理方法和化學(xué)方法兩大 類，前者主要包括脈沖激光沉積、熱蒸發(fā)法等，后者主要包括金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、溶膠 凝膠法、水熱法等。這些制備方法的主要不足是設(shè)備昂貴或工藝復(fù)雜、分散性差、形貌不規(guī) 貝U、摻雜不均勻等，并且所獲得的In摻雜ZnO納米顆粒的直徑一般在幾百納米至幾十納米， 材料溶解性和光電性能達(dá)不到器件應(yīng)用的要求，大大地限制了其在納米光電器件領(lǐng)域的應(yīng) 用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種成本低廉、可控性好、高結(jié)晶質(zhì)量的In摻雜ZnO單分散 納米顆粒及其合成方法。本發(fā)明的In摻雜ZnO單分散納米顆粒，具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，納米顆粒直徑為 1 100納米。In摻雜的ZnO納米晶的合成方法包括以下步驟1)將脂肪酸鋅、脂肪酸銦和沸點(diǎn)為200 350°C的有機(jī)溶劑混合置于反應(yīng)器中磁 力攪拌均勻，升溫至50 200°C后抽真空除去反應(yīng)體系中的水蒸汽和氧氣，然后在惰性保 護(hù)氣氛下加熱到200 350°C，脂肪酸鋅和脂肪酸銦的摩爾比1 1 100 1;2)將溫度為100 250°C的十八醇注入到反應(yīng)器中，保溫1 1000分鐘，冷卻至
室溫；3)將反應(yīng)混合物離心分離，得到In摻雜的ZnO納米顆粒。所述的脂肪酸鋅是醋酸鋅、丙酸鋅、十一烯酸鋅、葡萄糖酸鋅、庚酸鋅、檸檬酸鋅、 肉豆蔻酸鋅、月桂酸鋅、棕櫚酸鋅、油酸鋅、亞油酸鋅或硬脂酸鋅。所述的脂肪酸銦是醋酸 銦、己酸銦、辛酸銦、葡萄糖酸銦、肉豆蔻酸銦、月桂酸銦、棕櫚酸銦、檸檬酸銦或硬脂酸銦。 所述的沸點(diǎn)為200 350°C的有機(jī)溶劑是正辛醚、二苯醚、十四烷、十六烷、十八烷、二十烷 或十八烯。所述的惰性保護(hù)氣體是純度為99%以上的氬氣或氮?dú)狻?br> 本發(fā)明通過調(diào)節(jié)反 應(yīng)溶液的加熱溫度和反應(yīng)時(shí)間可以控制In摻雜的ZnO納米顆 粒的尺寸，通過調(diào)節(jié)脂肪酸鋅和脂肪酸銦的摩爾比可以改變ZnO納米顆粒中In的實(shí)際摻雜 含量，進(jìn)而調(diào)節(jié)能帶結(jié)構(gòu)和載流子濃度。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、成本較低、重復(fù)性好、易于工 業(yè)化生產(chǎn)。獲得的In摻雜ZnO納米顆粒的直徑為1 100納米，與室溫下ZnO體單晶的激 子玻爾半徑接近，具有較強(qiáng)的量子限域效應(yīng)，同時(shí)銦的引入引起電學(xué)性能的改變，有望在柔 性顯示、透明電極、紫外探測(cè)等諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用。


圖1是In摻雜的ZnO納米顆粒的XRD圖；圖2是In摻雜的ZnO納米顆粒的TEM照片；圖3是In摻雜的ZnO納米顆粒的EDS圖；圖4是In摻雜的ZnO納米顆粒的紫外可見吸收光譜圖。
具體實(shí)施例方式以下為采用本發(fā)明方法合成In摻雜的ZnO納米顆粒的實(shí)例，但本發(fā)明并不限于這 些實(shí)施例。實(shí)施例11)稱取Immol硬脂酸鋅、0. 05mmol醋酸銦(摩爾比為20 1)和20g 1-十八烯 置于IOOml反應(yīng)燒瓶中，在磁力攪拌下升溫至150°C，然后對(duì)反應(yīng)燒瓶抽真空30分鐘，以除 去反應(yīng)體系中的水蒸汽和氧氣。在純度為99%氬氣的保護(hù)氣氛下將反應(yīng)溶液迅速升溫至 250 "C。2)把溫度為200°C的十八醇迅速注入到反應(yīng)燒瓶中，并保溫100分鐘，用水浴冷卻 反應(yīng)溶液至室溫，將反應(yīng)混合物離心分離，獲得In摻雜的ZnO納米顆粒。將得到的白色產(chǎn)物干燥后，進(jìn)行XRD測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖1。圖1中的峰都是纖鋅 礦ZnO相的主要峰位，證明得到的產(chǎn)物是纖鋅礦結(jié)構(gòu)；產(chǎn)物的TEM電鏡照片見圖2，從圖中 可以看出，納米顆粒的直徑為3 6納米。對(duì)納米顆粒進(jìn)行EDS測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖3，從圖 中可知納米顆粒的主要成分為Zn、In、0三種元素，證明In元素確實(shí)摻雜進(jìn)入ZnO顆粒，其 摻入量約為4%。對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行紫外可見吸收測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖4，從圖4可知，摻In的ZnO 納米顆粒峰位有明顯藍(lán)移，到達(dá)340納米，這是由于In的有效摻入和強(qiáng)量子限域效應(yīng)共同 作用的結(jié)果。實(shí)施例21)稱取Immol肉豆蔻酸鋅、0. Olmmol硬脂酸銦(摩爾比為100 1)和20g十八 烷置于IOOml反應(yīng)燒瓶中，在磁力攪拌下升溫至125°C，然后對(duì)反應(yīng)燒瓶抽真空10分鐘，以 除去反應(yīng)體系中的水蒸汽和氧氣。在純度為99%氬氣的保護(hù)氣氛下將反應(yīng)溶液迅速升溫至 300 "C。2)把溫度為180°C的十八醇迅速注入到反應(yīng)燒瓶中，并保溫15分鐘，用水浴冷卻 反應(yīng)溶液至室溫，將反應(yīng)混合物離心分離，獲得直徑為5 7納米的In摻雜的ZnO單分散 納米顆粒。實(shí)施例3
1)稱取l_ol醋酸鋅、0. 2mmol醋酸銦(摩爾比為5 1)和20g正辛醚置于IOOml 反應(yīng)燒瓶中，在磁力攪拌下升溫至100°c，然后對(duì)反應(yīng)燒瓶抽真空60分鐘，以除去反應(yīng)體系 中的水蒸汽和氧氣。在純度為99%氮?dú)獾谋Ｗo(hù)氣氛下將反應(yīng)溶液迅速升溫至260°C。2)把溫度為230°C的十八醇迅速注入到反應(yīng)燒瓶中，并保溫200分鐘，用水浴冷卻 反應(yīng)溶液至室溫，將反應(yīng)混合物離心分離，獲得直徑為30 50納米的In摻雜的ZnO單分 散納米顆粒。實(shí)施例41)稱取Immol 月桂酸鋅、0. Immol己酸銦(摩爾比為10 1)和20g 二苯醚置 于IOOml反應(yīng)燒瓶中，在磁力攪拌下升溫至110°C，然后對(duì)反應(yīng)燒瓶抽真空15分鐘，以除 去反應(yīng)體系中的水蒸汽和氧氣。在純度為99%氬氣的保護(hù)氣氛下將反應(yīng)溶液迅速升溫至 220 °C。2)把溫度為190°C的十八醇迅速注入到反應(yīng)燒瓶中，并保溫70分鐘，用水浴冷卻 反應(yīng)溶液至室溫，將反應(yīng)混合物離心分離，獲得直徑為8 16納米的In摻雜的ZnO單分散 納米顆粒。實(shí)施例51)稱取1謹(jǐn)ol油酸鋅、0. 15謹(jǐn)ol辛酸銦(摩爾比為100 15)和20g 二十烷置 于IOOml反應(yīng)燒瓶中，在磁力攪拌下升溫至130°C，然后對(duì)反應(yīng)燒瓶抽真空20分鐘，以除 去反應(yīng)體系中的水蒸汽和氧氣。在純度為99%氬氣的保護(hù)氣氛下將反應(yīng)溶液迅速升溫至 270 °C。2)把溫度為230°C的十八醇迅速注入到反應(yīng)燒瓶中，并保溫120分鐘，用水浴冷卻 反應(yīng)溶液至室溫，將反應(yīng)混合物離心分離，獲得直徑為12 18納米的In摻雜的ZnO單分 散納米顆粒。
權(quán)利要求
一種In摻雜的ZnO單分散納米顆粒，其特征在于該納米顆粒具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，顆粒的直徑為1～100納米。
2.一種如權(quán)利要求1所述的In摻雜的ZnO納米晶的合成方法，其特征在于包括以下步驟1)將脂肪酸鋅、脂肪酸銦和沸點(diǎn)為200 350°C的有機(jī)溶劑混合置于反應(yīng)器中磁力攪 拌均勻，升溫至50 200°C后抽真空除去反應(yīng)體系中的水蒸汽和氧氣，然后在惰性保護(hù)氣 氛下加熱到200 350°C，脂肪酸鋅和脂肪酸銦的摩爾比1 1 100 1;2)將溫度為100 250°C的十八醇注入到反應(yīng)器中，保溫1 1000分鐘，冷卻至室溫；3)將反應(yīng)混合物離心分離，得到In摻雜的ZnO納米顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種In摻雜的ZnO納米顆粒的合成方法，其特征在于所述 的脂肪酸鋅是醋酸鋅、丙酸鋅、十一烯酸鋅、葡萄糖酸鋅、庚酸鋅、檸檬酸鋅、肉豆蔻酸鋅、月 桂酸鋅、棕櫚酸鋅、油酸鋅、亞油酸鋅或硬脂酸鋅。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種In摻雜的ZnO納米顆粒的合成方法，其特征在于所述的 脂肪酸銦是醋酸銦、己酸銦、辛酸銦、葡萄糖酸銦、肉豆蔻酸銦、月桂酸銦、棕櫚酸銦、檸檬酸 銦或硬脂酸銦。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種In摻雜的ZnO納米顆粒的合成方法，其特征在于所述的 沸點(diǎn)為200 350°C的有機(jī)溶劑是正新醚、二苯醚、十四烷、十六烷、十八烷、二十烷或十八火布。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種In摻雜的ZnO納米顆粒的合成方法，其特征在于所述的 惰性保護(hù)氣體是純度為99%以上的氬氣或氮?dú)狻?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種In摻雜的ZnO單分散納米顆粒及其合成方法。納米顆粒具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，顆粒的直徑為1～100納米。其合成步驟如下將脂肪酸鋅、脂肪酸銦和高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑混合置于反應(yīng)燒瓶中，磁力攪拌下加熱至50～200℃，抽真空除去反應(yīng)體系中的水蒸汽和氧氣，在惰性保護(hù)氣氛下加熱到200～350℃，再將溫度為100～250℃的十八醇快速注入到反應(yīng)燒瓶中，保溫1～1000分鐘，離心分離，得銦摻雜的ZnO納米顆粒。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、成本較低、重復(fù)性好、易于工業(yè)化生產(chǎn)，得到的納米晶具有優(yōu)越的光電性能，有望在柔性顯示、透明電極、紫外探測(cè)等諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用。
文檔編號(hào)C30B29/16GK101935876SQ20101028165
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者葉志鎮(zhèn), 金一政, 陳棟棟 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)