[发明专利]一种Ga掺杂ZnO纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于纳米材料制备技术领域，特别是提供了一种Ga掺杂纳米ZnO的制备方法。采用水热法合成了纳米花状结构的Ga掺杂ZnO纳米材料。

背景技术

ZnO在室温下的禁带宽度为3.37eV，激子结合能为60meV的半导体材料，在光电和电子器件方面有着广泛的应用前景。（[1] ZnO在室温下的禁带宽度为3.37eV，激子结合能为60meV的半导体材料，在光电和电子器件方面有着广泛的应用前景。（[1] Pan, Z.W., Z.R. Dai and Z.L. Wang, Nanobelts of semiconducting oxides. Science, 2001. 291(5510): p. 1947. [2].  Lin, C.H., et al., Preparation and cathodoluminescence of ZnO phosphor. Materials chemistry and physics, 2003. 77(3): p. 647-654.）然而，与纯ZnO相比，掺杂后的ZnO具有更低的电阻率和更好的稳定性。而Al，Ga，In，Sb, Si等掺杂元素中，Ga元素的原子半径（1.26 ?）与Zn原子半径（1.34 ?）近似以及较低的电负性，从而使Ga掺杂比其他元素更具优势。（   [3] Khranovskyy, V., et al., Structural and morphological properties of ZnO : Ga thin films. 2006. 515(2): p. 472-476.）Ga掺杂ZnO具有良好的导电性和透光率，较低的电阻率使其在平板显示以及薄膜太阳能电池等领域得到广泛应用。([4]       Lee, M.J., et al., Effect of the thickness and hydrogen treatment on the properties of Ga-doped ZnO transparent conductive films. Applied Surface Science, 2008. 255(5): p. 3195-3200.)

然而，与纯ZnO相比，掺杂后的ZnO具有更低的电阻率和更好的稳定性。而Al，Ga，In，Sb, Si等掺杂元素中，Ga元素的原子半径（1.26 ?）与Zn原子半径（1.34 ?）近似以及较低的电负性，从而使Ga掺杂比其他元素更具优势。（     [3] Khranovskyy, V., et al., Structural and morphological properties of ZnO : Ga thin films. 2006. 515(2): p. 472-476.）Ga掺杂ZnO具有良好的导电性和透光率，较低的电阻率使其在平板显示以及薄膜太阳能电池等领域得到广泛应用。([4]    Lee, M.J., et al., Effect of the thickness and hydrogen treatment on the properties of Ga-doped ZnO transparent conductive films. Applied Surface Science, 2008. 255(5): p. 3195-3200.)

目前大部分研究者采用磁控溅射或化学气相沉的方法制备Ga掺杂ZnO纳米材料。公开号为CN 101381228A的中国专利申请中公开了一种Ga掺杂ZnO透明多晶陶瓷的制备方法。以Zn(NO₃)₂·6H₂O和Ga(NO₃)₃·5H₂O为原料，尿素为阻燃剂，在720 ~920℃，4.0~5.4Gpa的条件下制的Ga掺杂ZnO透明多晶陶瓷。上述方法虽然操作简单，环保，成本低，但是反应所需的温度高，压力大且反应时间长。对于需要以玻璃为载体的太阳能电池光阳极来说，600℃以上的温度将对玻璃基底造成不可修复的破坏。因此，低温水热法是制备Ga掺杂ZnO纳米材料的一种可选方法。它的优点在于制备温度低（约100℃），对纳米材料尺寸的可控性强，获得产物杂质少、纯度高，且简单易于操作。

发明内容

本发明提供了一种Ga掺杂纳米ZnO的制备方法，该方法合成方法具有反应温度低，设备简单，成本低，易于操作等优点。

 一种Ga掺杂ZnO纳米材料的制备方法，包括步骤：