[发明专利]一种铝重掺杂氧化锌纳米粉体的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种铝重掺杂氧化锌纳米粉体的制备方法。

背景技术：

氧化锌(ZnO)是一种典型的半导体材料，一般条件下其结晶相为六角纤锌矿结构，其在室温下的禁带宽度为3.4eV，激活能为60meV，为宽带隙半导体；其制备的原材料便宜、无毒，已经在表面声学波器件、平板显示器、太阳能电池、建筑节能等领域得到应用。在聚合物应用中，可以将纳米氧化锌表面改性后作为添加剂加入，从而使聚合物具有抗紫外、杀菌等功能。

掺杂是进一步改善ZnO光电性能的一种有效手段，将ZnO掺杂一定量的Al以后，可以大大提高ZnO中载流子浓度，增强其导电性且不影响可见光透过性，使其对近红外区的光线产生较强的吸收，从而近红外的透过降低；Al³⁺掺杂的越多(更多的Zn²⁺被替代)，ZnO的晶格体系中将会产生越多的载流子(电子)，从而更大的提高铝掺杂氧化锌(简称AZO)纳米粉体粒子的导电性，所以制备出重掺杂AZO纳米粉体粒子具有很重要的意义；然而铝在氧化锌晶格中存在掺杂极限(有关文献报道<5.0at.%)，超极限的掺杂将会生成第二相(ZnAl₂O₄或Al₂O₃)、破坏ZnO晶体结构，使得体系的电导率反而降低，将制备的重掺杂AZO纳米粉体粒子应用于聚合物中，作为氧化铟锡(ITO)和氧化锡锑(ATO)等透明隔热添加剂的替代品，可以大幅度降低生产成本，且对环境非常友好，具有很大的现实意义。

发明内容：

本发明的目的是提供一种生产周期短、工艺简单、绿色无污染的铝重掺杂氧化锌纳米粉体的制备方法。

本发明铝重掺杂氧化锌纳米粉体的制备方法包括以下步骤：

(1)前驱体锌盐加入到烧杯中，加入去离子水，水浴恒温50℃磁力搅拌30min，逐滴加入氨水直至中性，再加入三乙醇胺，恒温搅拌30min。

(2)铝盐加入上述步骤(1)得到的混合液中，调节磁力搅拌器温度为85~100℃，反应2~4h，静置。

(3)将步骤(2)产物抽滤，用体积比为1:2~1:5的无水乙醇和去离子水的混合液清洗。

(4)将步骤(3)产物在100~150℃干燥2~4h。

(5)干燥处理后的样品放入炉子中进行退火处理，得到铝掺杂氧化锌纳米粉体。

所述前驱体锌盐选自醋酸锌、氯化锌、硝酸锌、磷酸锌或硫酸锌；所述铝盐选自硝酸铝、氯化铝、异丙醇铝、硫酸铝或磷酸铝。去离子水与前驱体锌盐质量比为2:1~8:1，表面活性剂三乙醇胺与前驱体锌盐的物质的量比为1:3~4:1。铝盐加入量为铝的掺杂原子百分比{n_Al/(n_Al+n_Zn)}为0~20%。

步骤(5)中，所述退火处理是采用真空退火或气氛退火，退火气氛为氩气或氩气与压缩空气的混合气体，退火温度为500~600℃，退火时间为5~15h。

所述得到的铝重掺杂氧化锌纳米粉体尺寸为10~40nm。

本发明铝的掺杂达到20%的原子百分比，且不生成第二相(ZnAl₂O₄或Al₂O₃)、不破坏ZnO晶体结构，突破了已报道的掺杂极限浓度。本发明制备的铝掺杂氧化锌(简称AZO)纳米粉体是一种成本相对便宜，性价比很高，对环境无害的透明导电材料，而且高温稳定性也非常强，可以耐受1975℃的高温，制备方法中所用的表面活性剂三乙醇胺能有效的控制纳米粉体的晶粒尺寸(10~40nm)并对纳米颗粒的表面进行修饰，同样它能够消除表面缺陷从而优化AZO纳米粉体的光学特性，用此方法制备的纳米AZO粉体广泛用于透明隔热粉体、制作各种透明导电防静电涂层，如：液晶显示器(LCD)上的导电膜、触控型显示器、CRT的抗辐射线(EMI、RMI)高透光保护镜、开关式透光玻璃(Switch Glazing)、表面传感器、光电组件导电膜、有机发光二极管电极等。

本发明周期短、工艺简单、反应条件温和简单、绿色无污染、成本低廉，适合大规模生产。

附图说明：

图1是实施例1、2、3、4分别制备的纳米AZO粉体的X射线衍射图谱；

图2是实施例5与实施例6制备的纳米AZO粉体的X射线衍射图谱；

图3是实施例7与实施例8制备的纳米AZO粉体的X射线衍射图谱。

具体实施方式：