專(zhuān)利名稱(chēng)：ZnO微米管的定向生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料和微波加熱技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種ZnO微米管的定向生長(zhǎng)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的ZnO納米管或棒的定向生長(zhǎng)的方法，一般采用金屬有機(jī)氣相外延法(MOVPE)和微孔模板法。金屬有機(jī)氣相外延法需要的有機(jī)鋅源一般有毒，對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染，同時(shí)需要藍(lán)寶石作為襯底并鍍金膜作為催化劑。微孔模板法需要事先制成具有規(guī)則形狀和孔徑的模板，也需要鍍金膜作為催化劑，造成制備成本高；同時(shí)作為催化劑的金最后還需要除去，造成資源的浪費(fèi)，沒(méi)有除去的金對(duì)材料本身還會(huì)造成污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種ZnO微米管的定向生長(zhǎng)方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是以混合均勻的微米和納米ZnO粉末作為源，將其壓制成呈中空結(jié)構(gòu)的塊狀試樣；在垂直方向分布均勻而水平方向分布不均勻的微波場(chǎng)中，試樣被加熱至1200～1300℃，并在芯部的空腔中蒸發(fā)；在加熱和蒸發(fā)的過(guò)程中，通過(guò)控制微波功率來(lái)調(diào)節(jié)微波場(chǎng)的強(qiáng)度和控制試樣的蒸發(fā)速率，在遠(yuǎn)離中心的區(qū)域，因?yàn)槲⒉▓?chǎng)的強(qiáng)度較低，同中心區(qū)域相比為低溫區(qū)，納米ZnO粉末因?yàn)楸砻婊钚愿呶瘴⒉ǖ哪芰?qiáng)，會(huì)在較低溫度下蒸發(fā)，在低溫區(qū)首先形成液滴，即ZnO管的核，微米ZnO粉末形成的蒸氣提供鋅源，ZnO吸收微波能量的機(jī)理來(lái)自于ZnO的極化，所以沿微波電場(chǎng)方向形成定向生長(zhǎng)的ZnO微米管。
上述微米和納米ZnO粉末，按重量％計(jì)，其混合配比可以為(60～80)∶(40～20)。
在所述的微波場(chǎng)中，塊狀試樣受熱溫度可以為1200～1300℃。微波功率為1.O～1.5kW。
本發(fā)明采用控制微波場(chǎng)的方向和強(qiáng)度，以及直接利用ZnO粉末作為源和不采用任何催化劑及采用中空結(jié)構(gòu)的塊狀試樣作為生長(zhǎng)腔的技術(shù)方案，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污染、成本低和容易實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
本方法通過(guò)控制微波場(chǎng)的方向和強(qiáng)度，直接利用ZnO粉末作為源，不采用任何催化劑，利用微波能與物質(zhì)的相互作用，使被加熱蒸發(fā)ZnO粉末在低溫區(qū)沿微波電場(chǎng)方向形成C軸方向定向生長(zhǎng)的ZnO微米管。微波電場(chǎng)方向?yàn)榇怪狈较?，ZnO微米管的C軸方向是指管的長(zhǎng)度方向。
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1先按重量計(jì)，將70％的微米ZnO粉末和30％的納米ZnO粉末混合均勻作為原料，壓制成中空結(jié)構(gòu)的塊狀試樣，中空結(jié)構(gòu)為ZnO微米管的定向生長(zhǎng)腔室。然后置于在垂直方向分布均勻而水平方向分布不均勻的微波場(chǎng)中，塊狀試樣被快速(約2～5分鐘)加熱至1300℃的高溫。在遠(yuǎn)離中心的區(qū)域，因?yàn)槲⒉▓?chǎng)的強(qiáng)度較低，同中心區(qū)域相比為低溫區(qū)。納米ZnO粉末因?yàn)楸砻婊钚愿呶瘴⒉ǖ哪芰?qiáng)，會(huì)在較低溫度下蒸發(fā)，在低溫區(qū)首先形成液滴，即ZnO管的核，微米ZnO粉末形成的蒸氣提供鋅源，ZnO吸收微波能量的機(jī)理來(lái)自于ZnO的極化，所以沿微波電場(chǎng)方向形成定向生長(zhǎng)的ZnO微米管。
在上述加熱和蒸發(fā)的過(guò)程中，可通過(guò)控制微波功率來(lái)調(diào)節(jié)微波場(chǎng)的強(qiáng)度和控制試樣的蒸發(fā)速率。試樣大小為φ30×20mm，微波功率可控制在1.0～1.5kW；或依實(shí)際情況而定。
實(shí)施例2先按重量計(jì)，將的80％微米ZnO粉末和20％的納米ZnO粉末混合均勻作為原料，壓制成中空結(jié)構(gòu)的塊狀試樣；然后置于在垂直方向分布均勻而水平方向分布不均勻的微波場(chǎng)中，塊狀試樣被快速(約2～5分鐘)加熱至1300℃。其它同實(shí)施例1。
實(shí)施例3先按重量計(jì)，將60％的微米ZnO粉末和40％的納米ZnO粉末混合均勻作為原料，壓制成中空結(jié)構(gòu)的塊狀試樣；然后置于在垂直方向分布均勻而水平方向分布不均勻的微波場(chǎng)中，塊狀試樣被快速(約2～5分鐘)加熱至1200℃。其它同實(shí)施例1。
實(shí)施例4先按重量計(jì)，將75％的微米ZnO粉末和25％的納米ZnO粉末混合均勻作為原料，壓制成中空結(jié)構(gòu)的塊狀試樣；然后置于在垂直方向分布均勻而水平方向分布不均勻的微波場(chǎng)中，塊狀試樣被快速(約2～5分鐘)加熱至1300℃。其它同實(shí)施例1。
實(shí)施例5先按重量計(jì)，將65％的微米ZnO粉末和35％的納米ZnO粉末混合均勻作為原料，壓制成中空結(jié)構(gòu)的塊狀試樣；然后置于在垂直方向分布均勻而水平方向分布不均勻的微波場(chǎng)中，塊狀試樣被快速(約2～5分鐘)加熱至1250℃。其它同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1.一種ZnO微米管的定向生長(zhǎng)方法，其特征是控制微波場(chǎng)的方向和強(qiáng)度，直接利用ZnO粉末作為源，不采用任何催化劑，使ZnO微米管的C軸即管的長(zhǎng)度方向沿微波電場(chǎng)的方向定向生長(zhǎng)；其具體步驟包括(1)以混合均勻的微米和納米ZnO粉末作為源，將其壓制成呈中空結(jié)構(gòu)的塊狀試樣；(2)在垂直方向分布均勻而水平方向分布不均勻的微波場(chǎng)中，試樣被加熱至1200～1300℃，并在芯部的空腔中蒸發(fā)；在加熱和蒸發(fā)的過(guò)程中，通過(guò)控制微波功率來(lái)調(diào)節(jié)微波場(chǎng)的強(qiáng)度和控制試樣的蒸發(fā)速率；(3)在遠(yuǎn)離中心的區(qū)域，因?yàn)槲⒉▓?chǎng)的強(qiáng)度較低，同中心區(qū)域相比為低溫區(qū)，納米ZnO粉末因?yàn)楸砻婊钚愿呶瘴⒉ǖ哪芰?qiáng)，會(huì)在較低溫度下蒸發(fā)，在低溫區(qū)首先形成液滴，即ZnO管的核，微米ZnO粉末形成的蒸氣提供鋅源，ZnO吸收微波能量的機(jī)理來(lái)自于ZnO的極化，所以沿微波電場(chǎng)方向形成定向生長(zhǎng)的ZnO微米管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZnO微米管的定向生長(zhǎng)方法，其特征是按重量％計(jì)，微米和納米ZnO粉末的混合配比為(60～80)∶(40～20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZnO微米管的定向生長(zhǎng)方法，其特征是在所述的微波場(chǎng)中，塊狀試樣受熱溫度為1200～1300℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZnO微米管的定向生長(zhǎng)方法，其特征是微波功率為1.0～1.5kW。
全文摘要
本發(fā)明是一種ZnO微米管的定向生長(zhǎng)方法，其以混合均勻的微米和納米ZnO粉末作為源，將其壓制成中空結(jié)構(gòu)的塊狀試樣；并置于在垂直方向分布均勻而水平方向分布不均勻的微波場(chǎng)中，塊狀試樣被加熱至1200～1300℃并在芯部的空腔中蒸發(fā)；在加熱和蒸發(fā)的過(guò)程中，通過(guò)控制微波功率來(lái)調(diào)節(jié)微波場(chǎng)的強(qiáng)度和控制試樣的蒸發(fā)速率，使被加熱蒸發(fā)的ZnO粉末在低溫區(qū)沿微波電場(chǎng)方向形成定向生長(zhǎng)的ZnO微米管。本發(fā)明采用控制微波場(chǎng)的方向和強(qiáng)度，以及直接利用ZnO粉末作為源和不采用任何催化劑及采用中空結(jié)構(gòu)的塊狀作為生長(zhǎng)腔的技術(shù)方案，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污染、成本低和容易實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C30B29/62GK101024897SQ20071005124
公開(kāi)日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2007年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月11日
發(fā)明者周建, 劉桂珍, 王琳, 歐陽(yáng)世翕 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)