[发明专利]一种Zn/ZnO复合发光材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微/纳米材料的制备方法，具体是指一种无机材料锌/氧化锌发光材料的制备方法。

技术背景

ZnO是一种宽禁带金属氧化物半导体材料，其禁带宽度为3.37eV，激子束缚能为60meV，在光电应用方面有巨大的潜力。以氧化锌为基的发光二极管、光催化剂、传感器和太阳能电池已经成功地在实验室制备甚至已经应用到工业生产中。目前制备ZnO纳米材料的方法主要有模板法，化学气相沉积法，液相法，固相法等。化学气相沉积法，是利用气态物质在固体表面进行化学反应，生成固态淀积物的过程。化学气相法具有装置简单，所用原料成本低，容易实现大规模工业化生产等优越性。ZnO最诱人的特性是具有高达60meV的激子束缚能，如此高的束缚能使得它在室温下不易被热激发（室温下的分子热运动能为26meV），从而大大提高了ZnO材料的激发发射机制，降低了室温下的激射阀值。由于氧化锌本征缺陷的存在，除了激子复合和带间跃迁发光，还可以得到几种带内跃迁发光。

随着人们对ZnO研究的深入，已经发现了多种不同的发光机制，得到了在不同波长下的多个发光峰。这对满足不同情况下的多种应用提供了很好的选择。人们正努力对ZnO材料中不同能量位置的发光现象进行充分的研究，希望可以根据需要选取制备技术，控制制备条件，增强所需能量位置的发光峰，抑制其他发光峰，从而大大增强ZnO发光材料方面的应用价值。目前，利用热丝化学气相沉积法制备Zn/ZnO复合发光材料还没有报道。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提出了一种方便、有效的制备方法。

本发明是通过下述技术方案得以实现的：

一种Zn/ZnO复合发光材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

（1）以ZnO粉为源材料，置于石英舟中，石英舟位于钨灯丝下方1cm处，在离源材料下方2cm处放置镀金硅衬底，如图1所示。然后把石英舟置于炉中，并将炉进行密封，其中的密封一般是采用耐火砖进行封堵；

（2）对炉内进行抽真空，直到炉内气压达到-0.1MPa，关闭抽真空装置，通入惰性气体氩气，当炉内压力达到一个大气压时，开启抽真空装置，再次将炉内气压抽至-0.1MPa；

上述抽真空过程至少重复操作4次；

（3）完成步骤（2），抽完真空后，对炉进行加热，直至升温至950～1050°C，通入100sccm氢气，保温5～10分钟；其中的sccm是体积流量单位,英文全称:standard-state cubic centimeter per minute,意义为:标况毫升每分钟；

（4）然后将炉自然降温到室温，取出衬底，衬底上所得产物为Zn/ZnO复合发光材料。

作为优选，上述制备方法的步骤（1）中所述的炉为热丝化学气相沉积炉。

本发明的上述过程是采用热丝化学气相沉积法，用电子天平称取一定量的ZnO粉为源材料置于石英舟中，石英舟位于钨灯丝下方1cm处，在离源材料下方2cm处放置镀金硅衬底，如图1所示，然后把石英舟置于炉中，进气出气口各加一块耐火砖，封盖。启动机械泵，使管内气压达到-0.1MPa，关阀，通入适量氩气，当管内压力达到一个大气压时，开阀连通大气，再次启动机械泵重复以上操作四次排除管式炉炉腔内的氧气。启动炉子，升温至950～1050°C，通入100sccm氢气，保温5～10分钟。炉子自然降温到室温，关气，取出衬底，衬底上所得产物为Zn/ZnO复合发光材料。

有益效果：本发明制备过程中，所用试剂均为商业产品，无需繁琐制备；工艺可控性强，易操作，成本低，制得的产物纯度高。

附图说明

图1是本发明方法热丝化学气相沉积反应装置示意图；

图2是用本发明1000°C制得的Zn/ZnO复合发光材料的扫描电镜（SEM）照片；

图3是用本发明1000°C制得的Zn/ZnO复合发光材料的扫描电镜（SEM）照片；

图4是用本发明1000°C制得的Zn/ZnO复合发光材料的X射线衍射(XRD)谱图；

图5是用本发明1000°C制得的Zn/ZnO复合发光材料的发光光谱（PL）图；

具体实施方式

以下结合实例进一步说明本发明。

实施例1