專利名稱：一種共摻雜的納米氧化鋅粉體及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)納米材料領(lǐng)域，特別涉及共摻雜的納米氧化鋅粉體及制備方法。
背景技術(shù)：
透明導(dǎo)電氧化物(Transparent Conductive Oxide, TC0)是一種具有較高自由載 流子濃度的寬禁帶半導(dǎo)體材料，其自由載流子來自于材料的缺陷或外來的摻雜。CdO是最早 發(fā)明的TCO材料，隨后，SnO2和In2O3基透明導(dǎo)電薄膜的研究工作在技術(shù)上走向成熟而進(jìn)入 市場，并逐漸成為主流TCO材料而得到廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)80年代起，氧化鋅(ZnO)基TCO 薄膜研究逐步興起。市場主流TCO材料是氧化銦錫(Indium Tin Oxide, ΙΤ0)，但是，由于 ITO中的銦是一種稀有金屬，儲量有限，同時由于市場對于TCO材料的需求急劇攀升，ZnO 基TCO材料開始成為備受期望的替代材料而成為研究熱點(diǎn)，目前鋁摻雜氧化鋅(Aluminum Doped Zinc Oxide, AZ0)的電導(dǎo)率已經(jīng)達(dá)到10_5 Ω · cm量級，而其在可見光范圍的透過率 超過了 85%，已經(jīng)開始了市場化應(yīng)用。除了電導(dǎo)率和透過率，折射率、熱穩(wěn)定性、摻雜元素的 影響等特性也是ZnO基TCO材料的研究重點(diǎn)，這些特性的研究對推廣ZnO基透明導(dǎo)電薄膜 的應(yīng)用領(lǐng)域、改善薄膜特性具有重要意義。研究表明，只有單一元素?fù)诫s的氧化鋅(單摻雜 氧化鋅)很難滿足實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中對上述各特性的要求。早在1984年，T. Minami率先報導(dǎo)了利用射頻磁控濺射以氧化物為靶材制備電阻 率優(yōu)于2Χ10_4Ω 數(shù)量級的AZO薄膜。至今為止，射頻磁控濺射仍然是ZnO基TCO薄膜 最有效的、適于工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的制備方法，具有薄膜致密度高、均勻性好、易于大面積高 速沉積、重復(fù)可靠等優(yōu)點(diǎn)。利用這種方法制備薄膜時，濺射過程中靶材的質(zhì)量直接關(guān)系到濺 射工藝的穩(wěn)定性和薄膜性能。在制備摻雜ZnO基薄膜時，一般選用的靶材有陶瓷靶或合金 靶。南開大學(xué)于2009年11月在中國發(fā)明專利申請公開說明書CN101572279A就公開了采 用Al或Ga摻雜ZnO陶瓷靶，或Zn-Al、Zn-Ga合金靶作為濺射靶材制備摻雜ZnO基TCO薄 膜的方法。與合金靶相比，陶瓷靶是工業(yè)界更為廣泛采用的濺射靶材。一般，陶瓷靶是通過將 靶材粉體壓力成型、高溫?zé)Y(jié)而獲得，其中靶材粉體的質(zhì)量對于陶瓷靶材的性能有很大影 響。大部分摻雜ZnO粉體的制備是將氧化鋅粉體與摻雜粉體進(jìn)行球磨混合，再結(jié)合壓力成 型和高溫?zé)Y(jié)工藝進(jìn)行制備。這種方法制備工藝相對簡單，但是也存在一些不足首先，采 用球磨的方式難以將少量摻雜粉體均勻混合入氧化鋅粉體中，尤其難以實(shí)現(xiàn)納米級的均勻 混合；其次，在球磨的過程中容易引入其他雜質(zhì)，降低靶材的純度，甚至由此影響靶材的質(zhì) 量；再次，所用粉體材料大多為微米量級，其燒結(jié)活性較低，需要超過1300°C的高溫進(jìn)行燒 結(jié)，而在該溫度下?lián)诫s物與氧化鋅易發(fā)生反應(yīng)生成不導(dǎo)電的偏析相(如在鋁摻雜氧化鋅中 生成鋁酸鋅相)，導(dǎo)致靶材電導(dǎo)率的不均勻性，從而影響濺射過程中輝光的穩(wěn)定性，進(jìn)而影 響薄膜質(zhì)量。因此如何獲得均勻摻雜且燒結(jié)活性高的納米級摻雜氧化鋅粉體是提高摻雜氧 化鋅陶瓷靶材性能的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的第一個技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種共摻雜的納米氧 化鋅粉體。本發(fā)明要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種共摻雜的納米氧化鋅粉體的制備方法。本發(fā)明解決上述第一個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種共摻雜的納米氧化鋅 粉體，包括氧化鋅和共摻雜的元素，共摻雜的元素包括第一金屬元素和第二金屬元素，第一 金屬元素是鈦元素，第二金屬元素是鋁、鎵、銦或錫元素；按物質(zhì)的量計(jì)，第一金屬元素、第 二金屬元素和氧化鋅中鋅元素的總和為100份，其中第一金屬元素和第二金屬元素的總和 占0.005 30份，并且第一金屬元素與第二金屬元素的份數(shù)比范圍為1 100至100 1。本發(fā)明解決上述第二個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種制備共摻雜的納米氧 化鋅粉體的方法，包括如下步驟步驟1 將四氯化鈦溶解到0 5°C去離子水中，形成0. 1 5mol/L的水溶液；步驟3 將包含第二金屬元素的金屬鹽和鋅鹽共同溶解到常溫去離子水中形成 0. 5 6mol/L的鹽溶液，按物質(zhì)的量計(jì)，其中第二金屬元素離子與鋅離子之間的份數(shù)比范 圍為 0. 005 100 至 1 10 ；步驟3 將步驟1和步驟2中的兩種水溶液混合、攪拌充分，形成0. 5 3mol/L的 金屬鹽水溶液，按物質(zhì)的量計(jì)，鈦離子、第二金屬元素離子和鋅離子的總和為100份，其中 鈦離子和第二金屬元素離子的總和占0. 005 30份，并且鈦元素與第二金屬元素的份數(shù)比 范圍為1 100至100 1。步驟4 將沉淀劑溶解到去離子水中形成1 6mol/L的沉淀劑溶液；步驟5 在轉(zhuǎn)速為300 800轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌條件下，將步驟3中的金屬鹽水溶液 與步驟4中的沉淀劑溶液通過不同滴加通道同時滴入已預(yù)加去離子水的反應(yīng)容器中；滴加 過程中，控制金屬鹽水溶液和沉淀劑溶液的滴加速率，使反應(yīng)容器內(nèi)溶液的PH值介于5 10之間，溫度介于10 60°C，獲得共沉淀產(chǎn)物。步驟6 將步驟5中獲得的共沉淀物陳化4 48小時后，用去離子水洗滌2 5 次，再用無水乙醇洗滌1 3次，然后在80 110°C烘箱中烘干4 24小時得到干燥的白 色產(chǎn)物。步驟7 將步驟6中的白色產(chǎn)物在300 800°C溫度下煅燒1 5小時，即獲得第 一金屬元素與第二金屬元素共摻雜的納米氧化鋅粉體。為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的措施還包括上述第二金屬元素離子是鋁離子、鎵離子、銦離子或錫離子。上述包含第二金屬元素的金屬鹽為硝酸鋁、硝酸鎵、硝酸銦或氯化錫。上述鋅鹽為硫酸鋅、硝酸鋅、醋酸鋅或氯化鋅。上述沉淀劑為氨水、碳酸銨、碳酸氫銨或尿素。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種共摻雜氧化鋅納米粉體的制備方法，該方法 反應(yīng)條件精確可控，所用設(shè)備簡單、成本低廉，便于污染控制，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；采用 本發(fā)明的制備方法得到的共摻雜氧化鋅粉體的摻雜均勻度高，粉體顆粒均勻呈近球形，具 有較高的燒結(jié)活性，在高含量摻雜元素?fù)诫s的前提下實(shí)現(xiàn)了納米粉體的單相性；所以，本發(fā)明制備的粉體可用于高性能氧化鋅基透明導(dǎo)電薄膜濺射靶材的制備。


圖1是實(shí)施例1 (鈦元素與鋁元素的摩爾比為18 9)的共摻雜氧化鋅基納米粉 體的粉體形貌與粒徑圖；圖2是實(shí)施例1 (鈦元素與鋁元素的摩爾比為18 9)的XRD物相圖譜。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖1和圖2所示為本發(fā)明的示意圖。實(shí)施例1 將四氯化鈦滴加入5°C的去離子水中，配成lmol/L溶液；將硝酸鋅與硝酸鋁溶于 室溫去離子水中，配成lmol/L水溶液，其中鋁離子與鋅離子之間摩爾比為9 73;將上述 兩溶液混合并加入適量去離子水，配成溶液的離子濃度為0. 5mol/L的鹽溶液，其中鈦離 子、鋁離子、鋅離子之間的摩爾比為18 9 73;在400轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌下以將上述鹽溶 液以50mL/min的速率與lmol/L的氨水溶液通過不同滴加通道同時滴加到預(yù)先裝有去離子 水的反應(yīng)容器中，滴加過程中調(diào)節(jié)氨水溶液的滴加速率、使反應(yīng)容器內(nèi)溶液的PH值保持在 7. 0 7. 2之間，溶液溫度為25°C，獲得共沉淀產(chǎn)物；將沉淀物陳化IOh后，用去離子水洗滌 3次，再用無水乙醇洗滌2次，然后在110°C烘箱中烘干6h得到干燥的白色產(chǎn)物；將白色產(chǎn) 物在500°C溫度下煅燒3h，即為鈦元素與鋁元素的摩爾比為18 9的共摻雜氧化鋅納米粉 體。使用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體時，粉體的 形貌與粒徑如圖1所示。從圖中可以看出，顆粒均勻呈近球形，粒徑約為30nm。使用X-射 線衍射儀(XRD)對該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體進(jìn)行物相圖譜分析，判斷有無第二相雜質(zhì) 時，得到圖2。圖2中，橫坐標(biāo)為2 θ角，縱坐標(biāo)為相對強(qiáng)度，從圖2可以看出，該鈦鋁共摻雜 氧化鋅納米粉體均為氧化鋅的纖鋅礦相結(jié)構(gòu)，不存在第二相雜相。實(shí)施例2 將四氯化鈦滴加入0°C的去離子水中，配成3mol/L溶液；將硝酸鋅與硝酸鋁溶于 室溫去離子水中，配成3mol/L水溶液，其中鋁離子與鋅離子之間摩爾比為1 44;將上述 兩溶液混合并加入適量去離子水，配成離子濃度為lmol/L的鹽溶液，其中鈦離子、鋁離子、 鋅離子之間的摩爾比為10 2 88 ；在500轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌下以將上述鹽溶液以30mL/min 的速率與3mol/L的氨水溶液通過不同滴加通道同時滴加到預(yù)先裝有去離子水的反應(yīng)容器 中，滴加過程中調(diào)節(jié)氨水溶液的滴加速率、使反應(yīng)容器內(nèi)溶液的PH值保持在8. 0 8. 2之 間，溶液溫度為30°C，獲得共沉淀產(chǎn)物；將沉淀物陳化24h后，用去離子水洗滌3次，再用無 水乙醇洗滌1次，然后在100°C烘箱中烘干4h后得到干燥的白色產(chǎn)物；將白色產(chǎn)物在400°C 溫度下煅燒2h，即為鈦元素與鋁元素的摩爾比為10 2的共摻雜氧化鋅納米粉體。使用SEM觀察該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體時，粉體的形貌與粒徑與圖1類似，顆 粒均勻呈近球形，粒徑約為20nm。使用XRD對該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體進(jìn)行物相圖譜 分析，判斷有無第二相雜質(zhì)時，得到與圖2類似的結(jié)果，表明該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體均為氧化鋅的纖鋅礦相結(jié)構(gòu)，不存在第二相雜相。實(shí)施例3 將四氯化鈦滴加入0°C的去離子水中，配成5mol/L溶液；將硝酸鋅與硝酸鋁溶于室溫去離子水中，配成6mol/L水溶液，其中鋁離子與鋅離子之間摩爾比為9 82;將上述 兩溶液混合并加入適量去離子水，配成溶液的離子濃度為2mol/L的鹽溶液，其中鈦離子、 鋁離子、鋅離子之間的摩爾比為9 9 82;在600轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌下以將上述鹽溶液 以40mL/min的速率與3mol/L的氨水溶液通過不同滴加通道同時滴加到預(yù)先裝有去離子 水的反應(yīng)容器中，滴加過程中調(diào)節(jié)氨水溶液的滴加速率、使反應(yīng)容器內(nèi)溶液的PH值保持在
7.5 7. 7之間，溶液溫度為30°C，獲得共沉淀產(chǎn)物；將沉淀物陳化12h后，用去離子水洗滌 5次，再用無水乙醇洗滌2次，然后在100°C烘箱中烘干IOh得到干燥的白色產(chǎn)物；將白色產(chǎn) 物在300°C溫度下煅燒4h，即為鈦元素與鋁元素的摩爾比為9 9的共摻雜氧化鋅納米粉 體。使用SEM觀察該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體時，粉體的形貌與粒徑與圖1類似，顆 粒均勻呈近球形。使用XRD對該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體進(jìn)行物相圖譜分析，判斷有無 第二相雜質(zhì)時，得到與圖2類似的結(jié)果，表明該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體均為氧化鋅的 纖鋅礦相結(jié)構(gòu)，不存在第二相雜相。實(shí)施例4 將四氯化鈦滴加入3°C的去離子水中，配成4mol/L溶液；將硝酸鋅與硝酸鋁溶于 室溫去離子水中，配成4mol/L水溶液，其中鋁離子與鋅離子之間摩爾比為8 75;將上述 兩溶液混合并加入適量去離子水，配成溶液的離子濃度為1.5mol/L的鹽溶液，其中鈦離 子、鋁離子、鋅離子之間的摩爾比為17 8 75;在700轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌下以將上述鹽溶 液以35mL/min的速率與2. 5mol/L的氨水溶液通過不同滴加通道同時滴加到預(yù)先裝有去離 子水的反應(yīng)容器中，滴加過程中調(diào)節(jié)氨水溶液的滴加速率、使反應(yīng)容器內(nèi)溶液的PH值保持 在7. 4 7. 6之間，溶液溫度為20°C，獲得共沉淀產(chǎn)物；將沉淀物陳化24h后，用去離子水 洗滌4次，再用無水乙醇洗滌2次，然后在90°C烘箱中烘干IOh得到干燥的白色產(chǎn)物；將白 色產(chǎn)物在400°C溫度下煅燒4h，即為鈦元素與鋁元素的摩爾比為17 8的共摻雜氧化鋅納 米粉體。使用SEM觀察該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體時，粉體的形貌與粒徑與圖1類似，顆 粒均勻呈近球形。使用XRD對該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體進(jìn)行物相圖譜分析，判斷有無 第二相雜質(zhì)時，得到與圖2類似的結(jié)果，表明該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體均為氧化鋅的 纖鋅礦相結(jié)構(gòu)，不存在第二相雜相。實(shí)施例5 將四氯化鈦滴加入2°C的去離子水中，配成lmol/L溶液；將硝酸鋅與硝酸鋁溶于 室溫去離子水中，配成6mol/L水溶液，其中鋁離子與鋅離子之間摩爾比為3 94;將上述 兩溶液混合并加入適量去離子水，配成溶液的離子濃度為3mol/L的鹽溶液，其中鈦離子、 鋁離子、鋅離子之間的摩爾比為3 3 94;在800轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌下以將上述鹽溶液 以60mL/min的速率與3mol/L的氨水溶液通過不同滴加通道同時滴加到預(yù)先裝有去離子 水的反應(yīng)容器中，滴加過程中調(diào)節(jié)氨水溶液的滴加速率、使反應(yīng)容器內(nèi)溶液的PH值保持在
8.5 8. 7之間，容器中液體溫度為30°C，獲得共沉淀產(chǎn)物；將沉淀物陳化48h后，用去離子水洗滌3次，再用無水乙醇洗滌3次，然后在110°C烘箱中烘干24h得到干燥的白色產(chǎn)物； 將白色產(chǎn)物在600°C溫度下煅燒5h，即為鈦元素與鋁元素的摩爾比為3 3的共摻雜氧化鋅納米粉體。
使用SEM觀察該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體時，粉體的形貌與粒徑與圖1類似，顆 粒均勻呈近球形。使用XRD對該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體進(jìn)行物相圖譜分析，判斷有無 第二相雜質(zhì)時，得到與圖2類似的結(jié)果，表明該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體均為氧化鋅的 纖鋅礦相結(jié)構(gòu)，不存在第二相雜相。實(shí)施例6:將四氯化鈦滴加入0°C的去離子水中，配成2mol/L溶液；將硝酸鋅與硝酸鋁溶于 室溫去離子水中，配成4mol/L水溶液，其中鋁離子與鋅離子之間摩爾比為4 94;將上述 兩者溶液混合并加入適量去離子水，配成溶液的離子濃度為2. 5mol/L的鹽溶液，其中鈦離 子、鋁離子、鋅離子之間的摩爾比為2 4 94;在800轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌下以將上述鹽溶液 以60mL/min的速率與2mol/L的氨水溶液通過不同滴加通道同時滴加到預(yù)先裝有去離子 水的反應(yīng)容器中，滴加過程中調(diào)節(jié)氨水溶液的滴加速率、使反應(yīng)容器內(nèi)溶液的PH值保持在
8.4 8. 6之間，溶液溫度為20°C，獲得共沉淀產(chǎn)物；將沉淀物陳化36h后，用去離子水洗滌 5次，再用無水乙醇洗滌3次，然后在80°C烘箱中烘干24h得到干燥的白色產(chǎn)物；將白色產(chǎn) 物在500°C溫度下煅燒3h，即為鈦元素與鋁元素的摩爾比為2 4的共摻雜氧化鋅納米粉 體。使用SEM觀察該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體時，粉體的形貌與粒徑與圖1類似，顆 粒均勻呈近球形。使用XRD對該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體進(jìn)行物相圖譜分析，判斷有無 第二相雜質(zhì)時，得到與圖2類似的結(jié)果，表明該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體均為氧化鋅的 纖鋅礦相結(jié)構(gòu)，不存在第二相雜相。實(shí)施例7 將四氯化鈦滴加入0°C的去離子水中，配成5mol/L溶液；將硝酸鋅與硝酸鋁溶于 室溫去離子水中，配成6mol/L水溶液，其中鋁離子與鋅離子之間摩爾比為1 9;將上述兩 者溶液混合并加入適量去離子水，配成溶液的離子濃度為3mol/L的鹽溶液，其中鈦離子、 鋁離子、鋅離子之間的摩爾比為29. 7 0.3 70;在800轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌下以將上述鹽溶 液以30mL/min的速率與6mol/L的氨水溶液通過不同滴加通道同時滴加到預(yù)先裝有去離子 水的反應(yīng)容器中，滴加過程中調(diào)節(jié)氨水溶液的滴加速率、使反應(yīng)容器內(nèi)溶液的PH值保持在
9.8 10之間，溶液溫度為60°C，獲得共沉淀產(chǎn)物；將沉淀物陳化48h后，用去離子水洗滌 5次，再用無水乙醇洗滌3次，然后在110°C烘箱中烘干24h得到干燥的白色產(chǎn)物；將白色產(chǎn) 物在800°C溫度下煅燒5h，即為鈦元素與鋁元素的摩爾比為29. 7 0.3的共摻雜氧化鋅納 米粉體。使用SEM觀察該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體時，粉體的形貌與粒徑與圖1類似，顆 粒均勻呈近球形。使用XRD對該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體進(jìn)行物相圖譜分析，判斷有無 第二相雜質(zhì)時，得到與圖2類似的結(jié)果，表明該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體均為氧化鋅的 纖鋅礦相結(jié)構(gòu)，不存在第二相雜相。實(shí)施例8 將四氯化鈦滴加入0°C的去離子水中，配成0. lmol/L溶液；將硝酸鋅與硝酸鋁溶于室溫去離子水中，配成0. 5mol/L溶液，其中鋁離子與鋅離子之間摩爾比為 0. 005 99. 995 ；將上述兩溶液混合并加入適量去離子水，配成溶液的離子濃度為0. 5mol/ L的鹽溶液，其中鈦離子與鋁離子之間摩爾比為1 100，鈦、鋁離子之和與鋅離子之間的摩 爾比為0. 005 99. 995 ；在300轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌下以將上述鹽溶液以lOmL/min的速率與 lmol/L的氨水溶液通過不同滴加通道同時滴加到預(yù)先裝有去離子水的反應(yīng)容器中，滴加過 程中調(diào)節(jié)氨水溶液的滴加速率、使反應(yīng)容器內(nèi)溶液的PH值保持在5. 0 5. 2之間，容器中 液體溫度為10°C，獲得共沉淀產(chǎn)物；將沉淀物陳化4h后，用去離子水洗滌2次，再用無水乙 醇洗滌1次，然后在80°C烘箱中烘干4h得到干燥的白色產(chǎn)物；將白色產(chǎn)物在300°C溫度下 煅燒lh，即為鈦元素與鋁元素的摩爾比為共摻雜氧化鋅納米粉體，其XRD結(jié)果與圖2所示類 似。使用SEM觀察該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體時，粉體的形貌與粒徑與圖1類似，顆 粒均勻呈近球形。使用XRD對該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體進(jìn)行物相圖譜分析，判斷有無 第二相雜質(zhì)時，得到與圖2類似的結(jié)果，表明該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體均為氧化鋅的 纖鋅礦相結(jié)構(gòu)，不存在第二相雜相。實(shí)施例9 其它條件同實(shí)施例2，所不同的是將實(shí)施例1中的將沉淀物陳化36h后，用去離子 水洗滌5次，再用無水乙醇洗滌2次，然后在80°C烘箱中烘干15h得到干燥的白色產(chǎn)物；將 白色產(chǎn)物在800°C溫度下煅燒lh，即為鈦元素與鋁元素的摩爾比為10 2的共摻雜氧化鋅 納米粉體。使用SEM觀察該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體時，粉體的形貌與粒徑與圖1類似，顆 粒均勻呈近球形。使用XRD對該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體進(jìn)行物相圖譜分析，判斷有無 第二相雜質(zhì)時，得到與圖2類似的結(jié)果，表明該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體均為氧化鋅的 纖鋅礦相結(jié)構(gòu)，不存在第二相雜相。實(shí)施例10 其它條件同實(shí)施例3，所不同的是將實(shí)施例1中的將沉淀物陳化24h后，用去離子 水洗滌4次，再用無水乙醇洗滌3次，然后在90°C烘箱中烘干8h得到干燥的白色產(chǎn)物；將 白色產(chǎn)物在400°C溫度下煅燒4h，即為鈦元素與鋁元素的摩爾比為9 9的共摻雜氧化鋅 納米粉體。使用SEM觀察該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體時，粉體的形貌與粒徑與圖1類似，顆 粒均勻呈近球形。使用XRD對該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體進(jìn)行物相圖譜分析，判斷有無 第二相雜質(zhì)時，得到與圖2類似的結(jié)果，表明該鈦鋁共摻雜氧化鋅納米粉體均為氧化鋅的 纖鋅礦相結(jié)構(gòu)，不存在第二相雜相。上述實(shí)施實(shí)例中，硝酸鋁可以為硝酸鎵或硝酸銦或氯化錫所替代，沉淀劑氨水可以分別為碳酸銨、碳酸氫銨、尿素所替代，硝酸鋅可以為硫酸鋅、醋酸鋅或氯化鋅所替代，重 復(fù)上述實(shí)施例1 8，同樣制得共摻雜氧化鋅納米粉體，使用SEM觀察該共摻雜氧化鋅納米 粉體時同樣得到類似圖1的結(jié)果，使用XRD對該共摻雜氧化鋅納米粉體進(jìn)行物相圖譜分析 時，同樣得到類似圖2的結(jié)果。本發(fā)明的最佳實(shí)施例已闡明，由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員做出的各種變化或改型都不 會脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
一種共摻雜的納米氧化鋅粉體，包括氧化鋅和共摻雜的元素，其特征在于共摻雜的元素包括第一金屬元素和第二金屬元素，第一金屬元素是鈦元素，第二金屬元素是鋁、鎵、銦或錫元素；按物質(zhì)的量計(jì)，第一金屬元素、第二金屬元素和氧化鋅中鋅元素的總和為100份，其中第一金屬元素和第二金屬元素的總和占0.005～30份，并且第一金屬元素與第二金屬元素的份數(shù)比范圍為1∶100至100∶1。
2.一種制備權(quán)利要求1所述的一種共摻雜的納米氧化鋅粉體的方法，其特征在于該 方法包括如下步驟步驟1 將四氯化鈦溶解到O 5°C去離子水中，形成0. 1 5mol/L的水溶液；步驟2 將包含第二金屬元素的金屬鹽和鋅鹽共同溶解到常溫去離子水中形成0. 5 6mol/L的鹽溶液，按物質(zhì)的量計(jì)，其中第二金屬元素離子與鋅離子之間的份數(shù)比范圍為 0.005 100 至 1 10 ；步驟3 將步驟1和步驟2中的兩種水溶液混合、攪拌充分，形成0. 5 3mol/L的金屬 鹽水溶液，按物質(zhì)的量計(jì)，鈦離子、第二金屬元素離子和鋅離子的總和為100份，其中鈦離 子和第二金屬元素離子的總和占0. 005 30份，并且鈦元素與第二金屬元素的份數(shù)比范圍 為 1 100 至 100 1。步驟4 將沉淀劑溶解到去離子水中形成1 6mol/L的沉淀劑溶液；步驟5 在轉(zhuǎn)速為300 800轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌條件下，將步驟3中的金屬鹽水溶液與步 驟4中的沉淀劑溶液通過不同滴加通道同時滴入已預(yù)加去離子水的反應(yīng)容器中；滴加過程 中，控制金屬鹽水溶液和沉淀劑溶液的滴加速率，使反應(yīng)容器內(nèi)溶液的PH值介于5 10之 間，溫度介于10 60°C，獲得共沉淀產(chǎn)物。步驟6 將步驟5中獲得的共沉淀物陳化4 48小時后，用去離子水洗滌2 5次，再 用無水乙醇洗滌1 3次，然后在80 110°C烘箱中烘干4 24小時得到干燥的白色產(chǎn) 物。步驟7 將步驟6中的白色產(chǎn)物在300 800°C溫度下煅燒1 5小時，即獲得鈦元素 與第二金屬元素共摻雜的納米氧化鋅粉體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備共摻雜的納米氧化鋅粉體的方法，其特征是所述 的第二金屬元素離子是鋁離子、鎵離子、銦離子或錫離子。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備共摻雜的納米氧化鋅粉體的方法，其特征是所述 的包含第二金屬元素的金屬鹽為硝酸鋁、硝酸鎵、硝酸銦或氯化錫。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備共摻雜的納米氧化鋅粉體的方法，其特征是所述 的鋅鹽為硫酸鋅、硝酸鋅、醋酸鋅或氯化鋅。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備共摻雜的納米氧化鋅粉體的方法，其特征是所述 的沉淀劑為氨水、碳酸銨、碳酸氫銨或尿素。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種共摻雜的納米氧化鋅粉體及其制備方法，共摻雜的元素包括第一金屬元素和第二金屬元素，第一金屬元素是鈦元素，第二金屬元素是鋁、鎵、銦或錫元素；按物質(zhì)的量計(jì)，第一金屬元素、第二金屬元素和氧化鋅中鋅元素的總和為100份，其中第一金屬元素和第二金屬元素的總和占0.005～30份，并且第一金屬元素與第二金屬元素的份數(shù)比范圍為1∶100至100∶1。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法反應(yīng)條件精確可控，所用設(shè)備簡單、成本低廉，便于污染控制，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；得到的共摻雜氧化鋅粉體的摻雜均勻度高，粉體顆粒均勻呈近球形，具有較高的燒結(jié)活性，在高含量摻雜元素?fù)诫s的前提下實(shí)現(xiàn)了納米粉體的單相性。
文檔編號C23C14/34GK101811660SQ201010135498
公開日2010年8月25日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者宋偉杰, 張宇龍, 張賢鵬, 楊曄, 王建林, 魏鐵鋒 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所