本發(fā)明涉及超晶格納米線制備，具體涉及一種一維scga3(zno)n超晶格納米線及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、zno作為寬帶隙半導(dǎo)體材料，其顯著特點包括卓越的導(dǎo)熱性能、低介電常數(shù)、高擊穿電場以及高電子飽和率，與業(yè)界廣泛使用的si、gaas、sic和gan材料相比，zno展現(xiàn)出了更為出色的耐輻射性能，這一特性不僅使其能在高溫環(huán)境中穩(wěn)定工作，而且極大地增加了其在開發(fā)高頻大功率、耐高溫以及耐輻射半導(dǎo)體器件方面的潛力，因此，zno無疑是一種具有廣泛前景的半導(dǎo)體材料。

2、在1968年，美國ibm實驗室的杰出科學(xué)家l.esaki和r.tsu首次提出了超晶格的概念，這一里程碑式的發(fā)現(xiàn)不僅標(biāo)志著材料科學(xué)領(lǐng)域的一大進步，而且引領(lǐng)了全新物理尺度上研究超晶格和量子力學(xué)效應(yīng)的新紀(jì)元。超晶格材料是一種特殊的半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)，它通過精心設(shè)計的工藝，將兩種或多種具有不同禁帶寬度和電子親和力的半導(dǎo)體材料，以晶格匹配度極高的方式周期性交替生長而成。這種獨特的組合方式賦予了超晶格材料一系列獨特的物理和化學(xué)特性。隨后，kasper團隊成功制備出in2o3(zno)n(n＝2、5、7)超晶格結(jié)構(gòu)，在1988年cannard和tilley提出該結(jié)構(gòu)實際上是由in-o層和in/zn-o層交替生長構(gòu)成。這一新理論隨后得到了kimizuka團隊的證實，并且他們在ingao3(zno)n和infeo3(zno)n等材料中也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)構(gòu)現(xiàn)象，基于這些發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家們將這類材料統(tǒng)稱為同系化合物inmo3(zno)n(其中，m代表in、ga、al和fe等三價金屬元素，n表示層狀堆垛的周期)，這一系列的發(fā)現(xiàn)和研究不僅深化了我們對超晶格材料結(jié)構(gòu)的理解，也為未來的材料設(shè)計和應(yīng)用提供了重要的理論基礎(chǔ)。隨著研究深入，超晶格材料的通用分子式從inmo3(zno)n逐漸推廣成m2o3(zno)n。通常情況下，研究者們更傾向于選擇in系等二元元素進行共同摻雜，以形成具有獨特性能的超晶格材料，而對于過渡元素的摻雜研究相對較少。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種一維scga3(zno)n超晶格納米線及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏過渡元素摻雜超晶格納米線的問題。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：提供一種一維scga3(zno)n超晶格納米線及其制備方法，包括以下步驟：

3、(1)scga-zno前驅(qū)體溶液：將鋅源、鈧源和鎵源溶于有機溶劑中，加入穩(wěn)定劑，于80-90℃條件下攪拌45-70min，于室溫下避光陳化30-48h，得到scga-zno前驅(qū)體溶液；

4、(2)scga-zno前驅(qū)體溶液包覆zno納米線：將生長有zno納米線的si基底傾斜角度設(shè)置為25-35°，通過毛細作用，采用步驟(1)制得scga-zno前驅(qū)體溶液將所述zno納米線包覆，于180-200℃條件下烘干25-35min，得到scga-zno前驅(qū)體溶液包覆zno納米線；

5、(3)熱處理：將步驟(2)制得的scga-zno前驅(qū)體溶液包覆zno納米線于1100-1200℃條件下熱處理10-15min，得到一維scga3(zno)n超晶格納米線。

6、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進：

7、進一步，步驟(1)中，鋅源、鈧源和鎵源中zn、sc和ga的元素摩爾比為1：1：1。

8、采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果為：它們之間的相互作用和反應(yīng)更加均衡，從而減少了因元素比例波動而引起的化學(xué)不穩(wěn)定性，確保反應(yīng)的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。

9、進一步，步驟(1)中，鋅源為zn(ch3coo)2·2h2o；鈧源為sc(no3)3·2h2o；鎵源為ga(no3)3·2h2o。

10、采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果為：這些鹽類化合物通常具有較高的純度，能夠減少雜質(zhì)對納米線性能的影響。

11、進一步，步驟(1)中，有機溶劑和穩(wěn)定劑的體積比為1000-5000：1。

12、進一步，步驟(1)中，有機溶劑和穩(wěn)定劑的體積比為1000：1。

13、采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果為：穩(wěn)定劑的添加能夠顯著提高納米線在有機溶劑中的穩(wěn)定性，防止其發(fā)生團聚或沉淀，從而確保納米線在制備過程中的均勻分散和穩(wěn)定性。由于穩(wěn)定劑的添加量相對較少(體積比為1：1000)，因此不會引入過多的雜質(zhì)。這有助于保持納米線的高純度，減少雜質(zhì)對納米線性能的影響。

14、進一步，步驟(1)中，有機溶劑為乙二醇甲醚。

15、采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果為：乙二醇甲醚是一種相對穩(wěn)定的化合物，不易被空氣中的氧氣氧化，也不易受熱分解。這種穩(wěn)定性保證了在制備超晶格納米線的過程中，溶液不易變質(zhì)，有利于維持反應(yīng)體系的穩(wěn)定。

16、進一步，步驟(1)中，穩(wěn)定劑為乙醇胺。

17、采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果為：乙醇胺作為一種穩(wěn)定劑，具有很好的穩(wěn)定性和易吸附性。當(dāng)添加到化學(xué)品中時，它可以通過形成氫鍵、范德華力等作用穩(wěn)定化學(xué)品的分子結(jié)構(gòu)，防止氧化、揮發(fā)等不利反應(yīng)。

18、進一步，步驟(1)中，攪拌是在密封環(huán)境中恒溫磁力攪拌器中攪拌，轉(zhuǎn)速為150-250r/min。

19、采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果為：恒溫磁力攪拌器具有靈敏度高、可控性強的特點，能夠確保在制備過程中溫度的穩(wěn)定。在150-250r/min的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)攪拌，可以確保溶液中的物質(zhì)得到均勻的混合。

20、進一步，步驟(1)中，scga-zno前驅(qū)體溶液的濃度為0.002-0.05mol/l。

21、進一步，步驟(1)中，scga-zno前驅(qū)體溶液的濃度為0.01-0.05mol/l。

22、進一步，步驟(1)中，scga-zno前驅(qū)體溶液的濃度為0.01mol/l。

23、采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果為：濃度為0.01mol/l的scga-zno前驅(qū)體溶液確保了實驗過程中溶質(zhì)的穩(wěn)定供應(yīng)，有利于實現(xiàn)納米材料的精確合成，從而得到具有特定結(jié)構(gòu)和性能的產(chǎn)物。

24、進一步，步驟(2)中，將scga-zno前驅(qū)體溶液滴加在傾斜si基底的上方，通過溶液擴散，實現(xiàn)包覆。

25、采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果為：由于使用了傾斜的si基底，溶液在重力作用下自然擴散，有助于實現(xiàn)更均勻、更高效的包覆效果。這種方法可以減少包覆過程中的不均勻性和材料浪費。

26、進一步，步驟(3)中，于空氣氛圍下熱處理。

27、采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果為：在空氣氛圍下熱處理，有助于前驅(qū)體溶液中的有機物分解和金屬離子氧化，促進scga-zno納米結(jié)構(gòu)的形成和結(jié)晶。這可以提高納米結(jié)構(gòu)的純度和結(jié)晶度，進而增強其物理和化學(xué)性能。

28、本發(fā)明還提供上述方法制得的一維scga3(zno)n超晶格納米線。

29、進一步，一維scga3(zno)n超晶格納米線的直徑為50-90nm，長度為10-50μm。

30、本發(fā)明還提供一維scga3(zno)n超晶格納米線在半導(dǎo)體材料制備方面的應(yīng)用。

31、本發(fā)明具有以下有益效果：

32、1、本發(fā)明通過三步高溫固態(tài)擴散的方法，成功制備出一維scga3(zno)n超晶格納米線新型材料。隨著sc原子的摻入，體系的晶格常數(shù)稍微變大，鍵長變長，體積變大，系統(tǒng)總能增大，這種變化使得zno的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進而影響其物理和化學(xué)性質(zhì)，由于sc摻雜zno的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的變化，以及抗腐蝕性提升，本發(fā)明的在發(fā)光器件、液晶顯示器、氣敏元件等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。

33、2、本發(fā)明基于材料自身的特性，采用高溫固態(tài)擴散技術(shù)，巧妙地將微量的sc和ga元素融入zno一維材料中，從而成功構(gòu)建了超晶格結(jié)構(gòu)，同時保持了zno納米線的主要基礎(chǔ)屬性，在這一過程中，sc和ga元素以近似原子鏈的形式精細修飾在zno納米線的表面，為材料賦予了新的特性和功能。

34、3、經(jīng)過xrd(x射線衍射)測試，該scga-zno超晶格納米線中并未檢測到氧化鈧和氧化鎵等化合物的存在，這一結(jié)果充分證明了所制備的超晶格納米線具備高純度特性，無顯著雜質(zhì)成分。通過xps(x射線光電子能譜)表征技術(shù)的深入分析，我們發(fā)現(xiàn)其擁有較高濃度的氧空位，這一特性與超晶格的形成之間存在著緊密且不可分割的聯(lián)系。