本發(fā)明屬于功能陶瓷材料領(lǐng)域，涉及一種利用微波合成大尺寸氧化鋅晶體的方法。

背景技術(shù)：

大尺寸氧化鋅晶體是一種重要的功能性晶體材料，具有優(yōu)良的光學(xué)、電學(xué)特性，在led領(lǐng)域、信息顯示與存儲(chǔ)、光通訊和導(dǎo)彈預(yù)警等許多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。從目前制備氧化鋅晶體的研究現(xiàn)狀來看，大尺寸氧化鋅單晶的生長技術(shù)困難重重。例如，采用提拉法生長氧化鋅單晶，由于氧化鋅的蒸汽壓較大，需要高壓環(huán)境，生長過程中需要精確控制，技術(shù)難度比較大。水熱法生長氧化鋅單晶是目前最為成熟的方法，但其生長速率較低，需要高壓環(huán)境，生長周期長；采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備氧化鋅單晶，反應(yīng)時(shí)間仍較長，長達(dá)一個(gè)月左右，對試驗(yàn)設(shè)備要求較高，成本也較高。最近，文獻(xiàn)“一種替代含鉛助熔劑制備大尺寸氧化鋅晶須方法的研究”采用工業(yè)氧化鋅（zno）粉為原料，助劑以四鈦酸鉀（k2ti4o9）為主，采用助熔劑法，得到針體長度約20mm的zno晶須。但該方法容易引入助劑雜質(zhì)。

最近，微波合成技術(shù)具有升溫速率快和反應(yīng)時(shí)間短等特點(diǎn)，通過該技術(shù)制備了氧化鋅晶體材料，具有良好的應(yīng)用前景。比如文獻(xiàn)“毫米級氧化鋅晶體的微波合成研究”以氧化鋅粉末為原料，采用微波加熱結(jié)合氣相沉積的方法在短時(shí)間內(nèi)制備出2.2毫米的氧化鋅晶體。文獻(xiàn)“微波合成zno晶須的工藝與電磁性能研究”通過混合μm級氧化鋅和納米級氧化鋅，采用微波加熱技術(shù)制備了長度近1毫米的氧化鋅μm管與晶須。從目前微波合成制備氧化鋅單晶技術(shù)而言，制備的氧化鋅單晶尺寸較小，最大的只有毫米級，還無法稱之為大尺寸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決上述微波合成技術(shù)制備大尺寸氧化鋅不足的就似乎問題，提供了一種制備氧化鋅大尺寸晶體的制備方法。本發(fā)明提供的大尺寸厘米級(1~2厘米)單晶氧化鋅晶體的制備方法，是以細(xì)石墨粉體和普通氧化鋅粉體為原料，添加適量鎳或銅顆粒助劑，以合成大尺寸厘米級(1~2厘米)氧化鋅晶體材料。

為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種利用微波合成大尺寸氧化鋅晶體的方法，步驟如下：

（1）按質(zhì)量比稱取一定量的碳源和氧化鋅粉體，混合均勻后得到混合物?。?/p>

（2）向步驟（1）中加入混合物ⅰ質(zhì)量5~10%的顆粒助劑，混勻后得到混合物ⅱ；

（3）將混合物ⅱ加入坩堝中，室溫下置于微波反應(yīng)裝置中進(jìn)行加熱，反應(yīng)0.5~1.5h后，在坩堝內(nèi)壁會(huì)生長針狀晶體，所述針狀晶體即為大尺寸氧化鋅晶體。

所述步驟（1）中碳源為石墨粉體或活性碳，所述碳源與氧化鋅粉體的質(zhì)量比為1：（1~2）。

所述步驟（2）中顆粒助劑為鎳顆?；蜚~顆粒，顆粒助劑的粒度為0.1~1mm。

所述石墨粉體或活性炭的粒度為1~3μm。

所述氧化鋅粉體粒度為1μm，純度為99%。

所述步驟（3）中的微波反應(yīng)裝置為微波馬弗爐，反應(yīng)的條件為：升溫速率為10~30℃/min，最終溫度為1050~1100℃，保持最終溫度的時(shí)間為0.5~1.5h。

本發(fā)明的有益效果在于：

（1）采用上述技術(shù)方案的大尺寸氧化鋅晶體的微波合成方法，其工作原理：利用碳還原氧化鋅，使之形成zn蒸汽，借助鎳或銅顆粒助劑的作用，發(fā)生如下還原反應(yīng)，生成氧化鋅材料；

c+zno=zn+co

zn+o2=zno。

（2）氧化鋅以其諸多優(yōu)異性能將成為下一代寬帶隙半導(dǎo)體材料，生長大尺寸單晶無論對于基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用都有很重要的意義，采用這種微波合成技術(shù)為大尺寸氧化鋅單晶材料的制備提供了一條新的簡便的途徑，從而促進(jìn)其應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展，從圖3與圖4可觀察到，通過調(diào)控工藝，可以在氧化鋅主干表面上還會(huì)外延生長較小尺寸的不同形貌的氧化鋅晶體，如片狀的、錐體和梳狀等，顯然也可作為gan，sic等新型光電材料的理想襯底。

附圖說明

圖1為實(shí)例1得到的氧化鋅晶體產(chǎn)物的示意圖。

圖2為實(shí)例1得到的氧化鋅晶體產(chǎn)物的xrd圖。

圖3為實(shí)例1得到的氧化鋅晶體產(chǎn)物局部的fe-sem形貌圖。

圖4為實(shí)例2得到的氧化鋅晶體產(chǎn)物表面的fe-sem形貌圖。

具體實(shí)施方式

一種利用微波合成大尺寸氧化鋅晶體的方法，步驟如下：

（1）按質(zhì)量比稱取一定量的碳源和氧化鋅粉體，混合均勻后得到混合物??；

（2）向步驟（1）中加入混合物ⅰ質(zhì)量5~10%的顆粒助劑，混勻后得到混合物ⅱ；

（3）將混合物ⅱ加入坩堝中，室溫下置于微波反應(yīng)裝置中進(jìn)行加熱，反應(yīng)0.5~1.5h后，在坩堝內(nèi)壁會(huì)生長針狀晶體，所述針狀晶體即為大尺寸氧化鋅晶體。

所述步驟（1）中碳源為石墨粉體或活性碳，所述碳源與氧化鋅粉體的質(zhì)量比為1：（1~2）。

所述步驟（2）中顆粒助劑為鎳或銅顆粒，顆粒的粒度為0.1~1mm。

所述石墨粉體或活性炭的粒度為1~3μm。

所述氧化鋅粉體粒度為1μm，純度為99%。

所述步驟（3）中的微波反應(yīng)裝置為微波馬弗爐，反應(yīng)的條件為：升溫速率為10~30℃/min，最終溫度為1050~1100℃，保持最終溫度的時(shí)間為0.5~1.5h。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的解釋說明：

實(shí)施例1

選用平均粒度為2μm的石墨粉末、平均粒度為1μm的高純氧化鋅和平均粒度為1mm銅顆粒作原料，按c：zno：銅顆粒的質(zhì)量為2.25克、4.5克和0.475克稱取粉末，然后在研缽中混合30分鐘，使其混合均勻。將制備的原料放入內(nèi)徑為45mm的石英坩堝中，置于微波馬弗爐中進(jìn)行反應(yīng)合成，升溫速率為30℃/min，合成溫度為1100℃，保溫1h。隨爐冷卻后在坩堝內(nèi)壁所得白色針狀產(chǎn)物即為針狀氧化鋅晶體，長度為1~2厘米，對白色針狀產(chǎn)物進(jìn)行檢測，結(jié)果如圖1-3所示。

實(shí)施例2

選用平均粒度為3μm的活性碳粉末、平均粒度為1μm的高純氧化鋅和平均粒度為0.1mm銅顆粒作原料，按c：zno：銅顆粒的質(zhì)量為2.25克、2.25克和0.25克稱取粉末，然后在研缽中混合40分鐘，使其混合均勻。將制備的原料放入內(nèi)徑為45mm的石英坩堝中，置于微波馬弗爐中進(jìn)行反應(yīng)合成，升溫速率為10℃/min，合成溫度為1050℃，保溫1.5h。隨爐冷卻后在坩堝內(nèi)壁所得白色針狀物即為針狀氧化鋅晶體，如圖4所示。

實(shí)施例3

選用平均粒度為3μm的石墨粉末、平均粒度為1μm的高純氧化鋅和平均粒度為0.5mm銅顆粒作原料，按c：zno：銅顆粒的質(zhì)量為2.25克、3.25克和0.275克稱取粉末，然后在研缽中混合30分鐘，使其混合均勻。將制備的原料放入內(nèi)徑為45mm的石英坩堝中，置于微波馬弗爐中進(jìn)行反應(yīng)合成，升溫速率為20℃/min，合成溫度為1100℃，保溫0.5h。隨爐冷卻后在坩堝內(nèi)壁所得白色針狀產(chǎn)物即為針狀氧化鋅晶體。

實(shí)施例4

選用平均粒度為2μm的石墨粉末、平均粒度為1μm的高純氧化鋅和平均粒度為0.1mm鎳顆粒作原料，按c：zno：鎳顆粒的質(zhì)量為2.25克、4克和0.5克稱取粉末，然后在研缽中混合30分鐘，使其混合均勻。將制備的原料放入內(nèi)徑為45mm的石英坩堝中，置于微波馬弗爐中進(jìn)行反應(yīng)合成，升溫速率為10℃/min，合成溫度為1100℃，保溫0.5h。隨爐冷卻后在坩堝內(nèi)壁所得白色針狀產(chǎn)物即為針狀氧化鋅晶體。

實(shí)施例5

選用平均粒度為1μm的石墨粉末、平均粒度為1μm的高純氧化鋅和平均粒度為0.5mm鎳顆粒作原料，按c：zno：鎳顆粒的質(zhì)量為2.25克、4.5克和0.435克稱取粉末，然后在研缽中混合30分鐘，使其混合均勻。將制備的原料放入內(nèi)徑為45mm的石英坩堝中，置于微波馬弗爐中進(jìn)行反應(yīng)合成，升溫速率為25℃/min，合成溫度為1050℃，保溫1h。隨爐冷卻后在坩堝內(nèi)壁所得白色針狀產(chǎn)物即為針狀氧化鋅晶體。

實(shí)施例6

選用平均粒度為2μm的活性炭粉末、平均粒度為1μm的高純氧化鋅和平均粒度為0.5mm鎳顆粒作原料，按c：zno：鎳顆粒的質(zhì)量為2.25克、4.5克和0.435克稱取粉末，然后在研缽中混合30分鐘，使其混合均勻。將制備的原料放入內(nèi)徑為45mm的石英坩堝中，置于微波馬弗爐中進(jìn)行反應(yīng)合成，升溫速率為30℃/min，合成溫度為1050℃，保溫1.5h。隨爐冷卻后在坩堝內(nèi)壁所得白色針狀產(chǎn)物即為針狀氧化鋅晶體。

實(shí)施例7

選用平均粒度為1μm的活性碳粉末、平均粒度為1μm的高純氧化鋅和平均粒度為0.1mm銅顆粒作原料，按c：zno：銅顆粒的質(zhì)量為2.25克、2.25克和0.45克稱取粉末，然后在研缽中混合40分鐘，使其混合均勻。將制備的原料放入內(nèi)徑為45mm的石英坩堝中，置于微波馬弗爐中進(jìn)行反應(yīng)合成，升溫速率為10℃/min，合成溫度為1080℃，保溫1h。隨爐冷卻后在坩堝內(nèi)壁所得白色針狀物即為針狀氧化鋅晶體。