[发明专利]掺铝氧化锌一维纳米棒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电功能材料领域，特别涉及一种掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法及掺铝氧化锌一维纳米棒。

背景技术

一维纳米材料一般指在两个维度上处于纳米尺度，长径比大于1，具有各项异性结构的材料，主要有纳米棒和纳米线。由于一维纳米结构在径向尺度一般不小于在特征长度，如波尔半径，声子平均自由程和激子扩散长度等，因此具有独特的物理性质。另外，一维纳米结构本身具有的巨大比表面，使其具有体型材料所没有的高化学反应活性。同时，大长径比使得一维纳米结构在传导量子粒子时具有较大优势，在传导过程受到阻力较小，如在颗粒与颗粒之间电子传导时会受到晶界的影响，采取跳跃传输机制，需要拥有越过晶界能垒的能量才可以有效传输。正因一维纳米结构材料具有这些优异的物理和化学特性，所以在便携式电子设备、太阳能电池和发光设备等有广阔的应用前景。

一维纳米结构的ZnO由于具有较高的激子束缚能（60meV）和带隙宽度（3.37eV），在发光二极管和紫外激光器等器件中有广泛应用，被认为是一种很有应用前景的材料。而在光伏应用中，ZnO很容易通过溶液法制备出纳米棒/纳米管阵列，能给载流子提供直接的传输通道，降低载流子在传输过程的损耗，可以提供其光电转换效率，特别是在固态光伏电池中有重要的应用前景。但是，由于本征ZnO的电导率较低，影响其在导电方面的应用，特别是在透明导电氧化物应用中人们往往通过掺杂的方式提高ZnO的电导率。铝、铟和镓等高价金属通过一定的方法已经能够成功掺入氧化锌晶格中，相对于铟和镓两者稀贵金属，铝在地壳中蕴含量是铟105～106倍，铟的价格则是铝的250倍，因此，铝掺杂的氧化锌(AZO)是人们最关注的一种掺杂氧化物。铝掺杂氧化锌具有与锡掺杂氧化铟相比拟的光学和电学性质，却在氢等离子体气氛中又具有后者所没有的稳定性，并且无毒，对环境友好，所以，铝掺杂氧化锌被誉为最有希望替代锡掺杂氧化铟的化合物。目前人们更多关注的是利用磁控溅射、物理气相沉积、喷雾热解法和Sol-Gel法等制备AZO薄膜，而对AZO粉体制备的研究和发明还比较少。AZO导电粉体不仅可以通过涂膜技术制备成透明导电膜，应用在太阳能电池和电子元器件当中，同时也可以充当浆料、涂料、塑料和高分子等的填料及添加剂，改善和增进它们的性能，如低电阻导电粉体添加到材料当中，可抗静电和起到电磁屏蔽等作用。

目前，一维纳米结构的铝掺杂氧化锌的合成一般采用气相沉积、静电纺丝技术和S-L-G生长，这些方法成本高，耗能大，同时S-L-G生长需要用到贵金属作催化剂，产物最后都会含有催化剂，很难除去，因此，寻求一种低耗能、简单和成本低廉的方法合成一维纳米结构的AZO粉体对于扩大其实际应用有很大的帮助。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种能耗较低、较为简单及成本较为低廉的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法及掺铝氧化锌一维纳米棒。

一种掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法，包括如下步骤：

将锌盐溶解于第一有机溶剂中，配制成浓度为0.05mol/L～1mol/L的锌盐的有机溶液；

按照铝与锌的摩尔比为0.1:100～5:100，将可溶性铝盐加入到所述锌盐的有机溶液中，得到混合溶液；

将强碱溶解于第二有机溶剂中，配制成浓度为0.1mol/L～2mol/L的强碱的有机溶液；

在搅拌的条件下，将所述强碱的有机溶液滴加到所述混合溶液中，持续搅拌直至所述混合溶液变为澄清溶液后停止滴加，将所述澄清溶液置于高压反应釜中于120℃～180℃保温反应20小时～36小时后，经冷却、离心、清洗及干燥，得到掺铝氧化锌一维纳米棒；所述掺铝氧化锌一维纳米棒的长度为100纳米～2微米，直径为15纳米～50纳米。

在其中一个实施例中，所述锌盐为二水合醋酸锌、九水合硝酸锌或丙酸锌。

在其中一个实施例中，所述可溶性铝盐为九水合硝酸铝或硫酸铝。

在其中一个实施例中，所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

在其中一个实施例中，所述第一有机溶剂及所述第二有机溶剂分别选自乙醇、甲醇及异丙醇中的一种。

在其中一个实施例中，所述清洗的步骤为：依次使用去离子水及无水乙醇进行清洗。

在其中一个实施例中，所述干燥的条件为：50℃～100℃干燥12小时～24小时。

一种掺铝氧化锌一维纳米棒，所述掺铝氧化锌一维纳米棒的长度为100纳米～2微米，直径为15纳米～50纳米，且所述掺铝氧化锌一维纳米棒中所述铝与所述锌的摩尔比为0.1:100～5:100。