專(zhuān)利名稱(chēng)：一種CuAlO₂單晶的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種P型透明導(dǎo)電氧化物(TCO)材料的制備方法，具體涉及一種 CuAlO2單晶的制備方法。
背景技術(shù)：
透明導(dǎo)電氧化物(TCO)是一種在可見(jiàn)光區(qū)域具有良好透過(guò)率與導(dǎo)電性的材料， 具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，目前主要應(yīng)用于太陽(yáng)能電池和平板顯示器的透明電極、電磁防護(hù)屏 以及建筑玻璃的紅外反射涂層等方面(Hiroshi Kawazoe, Masahiro Yasukawa, Hiroyuki Hyodo. P-type electrical conduction in transparent thin films of CuAlO2. Nature, 1997,389(30) =939-942.) 0目前獲得的透明導(dǎo)電氧化物大多是η型的，如摻Al的ZnOjfS 的In2O3、摻F的SnO2等，阻礙了 TCO向以p-η結(jié)為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體全透明光電器件的研究開(kāi) 發(fā)，因此，制備與研究P型TCO材料非常必要。CuAlO2是一種天然的ρ型透明導(dǎo)電氧化物(TCO)材料，直接和間接帶隙分別 為3.5和1.8eV，具有銅鐵礦結(jié)構(gòu)。CuAlO2粉體的制備已取得一定進(jìn)展，在空氣氣氛中， 將 Al2O3-Cu2O 混合后在 1200°C下煅燒后可制得 CuAlO2 單晶(Ishiguro T，Kitazawa A， Mizutani N, Kato M. Single-crystal growth and crystal structure refinement of CuAlO2[J], Journal of Solid StateChemistry，1981，40 (2) : 170-174.)；在氮?dú)鈿夥罩校?Cu2O 和 Al2O3 在 1100°C下進(jìn)行固相反應(yīng)則制得 CuAlO2 多晶(Torkiana L, Aminib M. M. Low temperature synthesis of deIafossiteCuAlO2 using aluminum nitrate. Materials Letters, 2009 (63) :587_588.)；采用 α-LiAlO2 和 CuCl 為原料，通過(guò)離子交換法在 500°C， l(T6mbar 條件下反應(yīng) 40-50h 可合成 CuAlO2 粉體(Dloczik L, Tomn T, Konenkamp R, et al. CuA102prepared by ion exchange from LiAlO2[J]Thin Solids Films,2004,451-452 : 116-119.)；無(wú)絡(luò)合的溶膠-凝膠法制備過(guò)程中燒結(jié)溫度在1100°C以上(DENG Zan-Hong, ZHU Xue-Bin, TAO Ru-Hua, et al. Synthesis of CuAlO2 ceramicsusing sol-gel[J] Materials Letters, 2007,61 =686-689.)，高溫或延長(zhǎng)時(shí)間會(huì)改變晶體尺寸，導(dǎo)致顆粒團(tuán) 聚，晶體尺寸和團(tuán)聚會(huì)影響材料的光電性質(zhì)，所以需要低溫合成CuAlO2的方法。傳統(tǒng)的高 溫?zé)Y(jié)法中制備的CuAlO2均勻性和重復(fù)性較差，且容易產(chǎn)生Cu2O或CuO雜相，導(dǎo)致材料的 光電性能下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種不僅原料廉價(jià)易得，制備成本低，操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)周期 短，而且在較低的溫度和較短的熱處理時(shí)間能夠合成CuAlO2單晶的制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是步驟一首先將分析純的三水硝酸 銅和異丙醇鋁按照銅鋁原子比為1 1加入乙二醇中，配制成金屬離子濃度為0.3mol/L 0. 6mol/L的藍(lán)色透明溶液A ；步驟二 然后向溶液A中加入檸檬酸磁力攪拌形成均勻的前 驅(qū)物溶膠；其中檸檬酸與溶液A中金屬離子的摩爾比為0.6 1 1.4 1;步驟三將前驅(qū)物溶膠干燥形成干凝膠，再用瑪瑙研缽對(duì)干燥好的凝膠進(jìn)行研磨；步驟四將研磨后的 干凝膠用紫外光照射進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，然后放入硅碳棒爐中在500 700°C煅燒2 4h，隨 爐冷卻至室溫，即得到CuAlO2單晶。本發(fā)明步驟三的干燥是在干燥箱中于120°C 200°C干燥6h 10h。本發(fā)明步驟四紫外光照射時(shí)間為40min 60min。本發(fā)明采用檸檬酸絡(luò)合溶膠_凝膠法結(jié)合光化學(xué)反應(yīng)制備得到了 CuAlO2單晶，采 用檸檬酸絡(luò)合溶膠-凝膠法結(jié)合光化學(xué)反應(yīng)不僅制備成本低，操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)周期短，而且 在較低的溫度和較短的熱處理時(shí)間可以合成CuAlO2單晶。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的CuAlO2單晶的X-射線衍射(XRD)圖譜。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的CuAlO2單晶的透射電鏡(TEM)照片。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的CuAlO2單晶的選區(qū)電子衍射(SAED)照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1 步驟一首先將分析純的三水硝酸銅和異丙醇鋁按照銅鋁原子比為 1 1加入乙二醇中，配制成金屬離子濃度為0.6mol/L的藍(lán)色透明溶液A;步驟二 然后向 溶液A中加入檸檬酸磁力攪拌形成均勻的前驅(qū)物溶膠；其中檸檬酸與溶液A中金屬離子的 摩爾比為1 1 ；步驟三將前驅(qū)物溶膠在干燥箱中于120°C干燥IOh形成干凝膠，再用瑪瑙 研缽對(duì)干燥好的凝膠進(jìn)行研磨；步驟四將研磨后的干凝膠用紫外光照射60min進(jìn)行光化 學(xué)反應(yīng)，然后放入硅碳棒爐中在500°C煅燒4h，隨爐冷卻至室溫，即得到CuAlO2單晶。將本實(shí)施例所得的CuAlO2粉體用日本理學(xué)D/maX2000PC X-射線衍射儀分析樣品， 發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物為JCPDS編號(hào)為35-1401的CuAlO2 (圖1)。將該樣品用日J(rèn)EM-3010型透射電子 顯微鏡(圖2，3)進(jìn)行觀察，從照片可以看出所制備的CuAlO2粉體是單晶，基本形狀為六邊 形。實(shí)施例2 步驟一首先將分析純的三水硝酸銅和異丙醇鋁按照銅鋁原子比為 1 1加入乙二醇中，配制成金屬離子濃度為0.5mol/L的藍(lán)色透明溶液A;步驟二 然后向 溶液A中加入檸檬酸磁力攪拌形成均勻的前驅(qū)物溶膠；其中檸檬酸與溶液A中金屬離子的 摩爾比為0. 8 1 ；步驟三將前驅(qū)物溶膠在干燥箱中于140°C干燥9h形成干凝膠，再用瑪 瑙研缽對(duì)干燥好的凝膠進(jìn)行研磨；步驟四將研磨后的干凝膠用紫外光照射55min進(jìn)行光 化學(xué)反應(yīng)，然后放入硅碳棒爐中在550°C煅燒3h，隨爐冷卻至室溫，即得到CuAlO2單晶。實(shí)施例3 步驟一首先將分析純的三水硝酸銅和異丙醇鋁按照銅鋁原子比為 1 1加入乙二醇中，配制成金屬離子濃度為0.4mol/L的藍(lán)色透明溶液A;步驟二 然后向 溶液A中加入檸檬酸磁力攪拌形成均勻的前驅(qū)物溶膠；其中檸檬酸與溶液A中金屬離子的 摩爾比為1.2 1;步驟三將前驅(qū)物溶膠在干燥箱中于160°C干燥8h形成干凝膠，再用瑪 瑙研缽對(duì)干燥好的凝膠進(jìn)行研磨；步驟四將研磨后的干凝膠用紫外光照射50min進(jìn)行光 化學(xué)反應(yīng)，然后放入硅碳棒爐中在600°C煅燒2h，隨爐冷卻至室溫，即得到CuAlO2單晶。實(shí)施例4:步驟一首先將分析純的三水硝酸銅和異丙醇鋁按照銅鋁原子比為1 1加入乙二醇中，配制成金屬離子濃度為0.3mol/L的藍(lán)色透明溶液Α;步驟二 然后向 溶液A中加入檸檬酸磁力攪拌形成均勻的前驅(qū)物溶膠；其中檸檬酸與溶液A中金屬離子的 摩爾比為1.4 1 ；步驟三將前驅(qū)物溶膠在干燥箱中于180°C干燥7h形成干凝膠，再用瑪 瑙研缽對(duì)干燥好的凝膠進(jìn)行研磨；步驟四將研磨后的干凝膠用紫外光照射45min進(jìn)行光 化學(xué)反應(yīng)，然后放入硅碳棒爐中在700°C煅燒3h，隨爐冷卻至室溫，即得到CuAlO2單晶。
實(shí)施例5 步驟一首先將分析純的三水硝酸銅和異丙醇鋁按照銅鋁原子比為 1 1加入乙二醇中，配制成金屬離子濃度為0.5mol/L的藍(lán)色透明溶液A;步驟二 然后向 溶液A中加入檸檬酸磁力攪拌形成均勻的前驅(qū)物溶膠；其中檸檬酸與溶液A中金屬離子的 摩爾比為0.6 1 ；步驟三將前驅(qū)物溶膠在干燥箱中于200°C干燥6h形成干凝膠，再用瑪 瑙研缽對(duì)干燥好的凝膠進(jìn)行研磨；步驟四將研磨后的干凝膠用紫外光照射40min進(jìn)行光 化學(xué)反應(yīng)，然后放入硅碳棒爐中在650°C煅燒3h，隨爐冷卻至室溫，即得到CuAlO2單晶。
權(quán)利要求
一種CuAlO2單晶的制備方法，其特征在于包括以下步驟步驟一首先將分析純的三水硝酸銅和異丙醇鋁按照銅鋁原子比為1∶1加入乙二醇中，配制成金屬離子濃度為0.3mol/L～0.6mol/L的藍(lán)色透明溶液A；步驟二然后向溶液A中加入檸檬酸磁力攪拌形成均勻的前驅(qū)物溶膠；其中檸檬酸與溶液A中金屬離子的摩爾比為0.6∶1～1.4∶1；步驟三將前驅(qū)物溶膠干燥形成干凝膠，再用瑪瑙研缽對(duì)干燥好的凝膠進(jìn)行研磨；步驟四將研磨后的干凝膠用紫外光照射進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，然后放入硅碳棒爐中在500～700℃煅燒2～4h，隨爐冷卻至室溫，即得到CuAlO2單晶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CuAlO2單晶的制備方法，其特征在于所說(shuō)步驟三的干燥是 在干燥箱中于120°C 200°C干燥6h 10h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CuAlO2單晶的制備方法，其特征在于所說(shuō)步驟四紫外光照 射時(shí)間為40min 60min。
全文摘要
一種CuAlO2單晶的制備方法，首先將三水硝酸銅和異丙醇鋁加入乙二醇中得藍(lán)色透明溶液A；然后向溶液A中加入檸檬酸和水磁力攪拌形成均勻的前驅(qū)物溶膠；將前驅(qū)物溶膠干燥形成干凝膠，再用瑪瑙研缽對(duì)干燥好的凝膠進(jìn)行研磨；將研磨后的干凝膠用紫外光照射進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，然后放入硅碳棒爐中煅燒即得到CuAlO2單晶。本發(fā)明采用檸檬酸絡(luò)合溶膠-凝膠法結(jié)合光化學(xué)反應(yīng)制備得到了CuAlO2單晶，采用檸檬酸絡(luò)合溶膠-凝膠法結(jié)合光化學(xué)反應(yīng)不僅制備成本低，操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)周期短，而且在較低的溫度和較短的熱處理時(shí)間可以合成CuAlO2單晶。
文檔編號(hào)C30B5/00GK101838849SQ20101018192
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者張欽峰, 施浙勇, 曹麗云, 李抗, 黃劍鋒 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)