[发明专利]一种具有室温铁磁性纳米ZnO材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米ZnO材料的制备方法。

背景技术

在现代信息技术中，半导体技术主要利用电子的电荷自由度去处理信息，而磁性材料利 用电子的自旋自由度去存储信息。磁电子学是一个新的，正在快速发展的领域。在这里，电 子的电荷自由度和自旋自由度被同时应用以产生新的功能。在更广义的情况下，这个新的领 域即自旋电子学它包括那些既不需要外磁场也不需要其他磁性材料而利用的自旋的器件。

ZnO是一种具有六方晶系的纤锌矿型(wurtzite)晶体结构的n型半导体，作为一种重 要的无机功能氧化物，它在电子学、光电子学、光催化、传感器等方面具有非常广泛的应用。 理论分析和实验结果表明以ZnO为基础的稀释磁性半导体(DMS)中存在室温铁磁性，从而 为这些材料开辟了新的应用领域。最近的研究结果表明纯ZnO同样也具有室温铁磁性，这意 味着它可以成为自旋电子装置的材料。然而目前关于纯ZnO纳米材料室温铁磁性的报道较少， Banerjee等人利用在900℃空气气氛中退火的方法提高了ZnO纳米颗粒的室温铁磁性(S. Banerjee，M.Mandal.N.Gayathri，M.Sardar，Appl.Phys.Lett.，2007，91，182501)， 饱和磁化强度(M_S)最大值约为0.002emu·g^-1；Sundaresan等人也报道了具有室温铁磁性 的纳米ZnO材料(A.Sundaresan，R.Bhargavi，N.Rangarajan，U.Siddesh，C.N.R.Rao， Phys.Rev.B，2006，74，161306)，但其M_S值只有0.0005emu·g^-1；Yan等人采用溶剂热 法制备了具有室温铁磁性的纳米棒(Z.Yan，M.Yan，D.Wang，J.Wang，Z.Gao，L.Wang， P.Yu，T.Song，Appl.Phys.Lett.，2008，92，081911)，M_S值根据样品尺寸的不同最大 可达到0.004emu·g^-1，从已有的报道中可以看出目前制备的纳米结构ZnO的室温磁性能都 比较差，这将大大限制了其在自旋电子装置上的应用。因此提高ZnO材料的室温铁磁性成为 当前一个迫切需要解决的问题。

强磁场作为一种极端条件的特殊电磁场形态，能够将高强度的能量无接触地传递到物质 地原子尺度，改变原子和分子地排列、匹配和迁移等行为，从而对材料的组织和性能产生巨 大而深刻的影响。已有的研究成果表明强磁场不仅可以改变加工过程的动力学，同时还可以 对样品的微观结构有很大的影响。因此采用强磁场可以成为提高ZnO材料室温铁磁性的一种 有效的方法。目前关于强磁场在磁性ZnO纳米材料的制备过程中应用非常少，仅有关于掺杂 的ZnO稀磁半导体材料的制备，Chu等人在2007年采用强磁场制备了Co掺杂的具有室温铁 磁性的ZnO纳米晶(D.Chu，Y.P.Zeng，D.Jiang，Synthesis of room-temperature  ferromagnetic Co-doped ZnO nanocrastals under a high magnetic field，J.Phys.Chem. C，2007，111，5893)，具体制备过程如下：将一定量的Zn(Ac)₂·2H₂O和Co(Ac)₂·4H₂O在 273K的条件下溶解在一定量的无水乙醇中，然后将一定量的NaOH的乙醇溶液在273K、搅 拌的条件下慢慢滴加到上述溶液中直到有沉淀产生，将得到的混合液转移到高压反应釜中， 在393K、12T的条件下反应5h，得到产物。从制备方法中可以看出该方法用在Co掺杂的 ZnO稀磁半导体的制备过程中，并未用在纯ZnO样品的制备中，反应温度偏低，因此样品的 室温铁磁性与普通方法制备的样品相比，并没有明显的提高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术难以提高ZnO室温磁性能的缺点，提供一种新的具有室温 铁磁性的ZnO材料的制备方法，以达到明显改善ZnO样品室温铁磁性的目的。

本发明利用磁场加热炉制备具有室温铁磁性的ZnO材料，其具体步骤如下：

(1)利用普通化学或者物理方法制备好纳米ZnO前驱体、ZnO薄膜样品或者直接制备得 到ZnO纳米材料，所述的ZnO纳米材料包括纳米颗粒，纳米棒，纳米线，纳米管，量子点；