CN101230268A - 一种Mg掺杂的ZnO发光材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Mg掺杂的ZnO发光材料的制备方法，该方法采用共沉淀生成草酸盐前驱体ZnC₂O₄和MgC₂O₄的过程，然后通过焙烧分解得到Mg掺杂的ZnO发光材料。可以实现Mg掺杂分布的优良的均一性、精确的化学计量比、较低的痕量杂质含量和较低的分解温度，本发明制备方法简单、易操作、适合于大规模生产。所制备的Mg掺杂的ZnO发光材料颗粒均匀，分散性好，具有优良的发光性质，在紫外线照射下除了具有强的紫外发光外，还产生很强的绿光，而且可以通过调节Mg的含量来改变其带宽和绿光波长，可以用于发光二极管和激光器等领域。

Description

一种Mg掺杂的ZnO发光材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种无机纳米材料的合成方法，具体的说涉及一种Mg掺杂的ZnO发光材料的制备方法。

背景技术

氧化锌在橡胶、陶瓷、日用化工、涂料、磁性材料等方面具有广泛的用途，可用来制造气体传感器、荧光体、紫外线遮蔽材料、变阻器、图像记录材料、压敏材料、压电材料、高效催化剂等。特别是作为一种发光材料，在发光二极管、激光器和光通讯器件等领域用途十分广泛。ZnO的发光性质和带宽可以通过添加其他金属离子进行调节，其中Mg掺杂的ZnO材料可以将带宽从3.3eV扩展到4.2eV，并且发现在室温下能产生明亮的UV发光(Apply Physics Letter88(2006)023103)，特别是最近发现Zn1-xMgxO小球在紫外线激发下可以产生很强的橙色光(Nanotechmolgy.17(2006)973)，因此Mg掺杂的ZnO发光材料具有诱人的应用前景。目前制备Mg掺杂的ZnO发光材料的方法有脉冲激光沉积法，热分解方法和溶胶-凝胶法，例如参见中国专利申请CN1715191A，CN1462822A和CN1542915A，但是为了实现Mg在ZnO中的优良的均一分布，上述方法需要相对高的温度、复杂的制备过程或者昂贵的设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备Mg掺杂的ZnO发光材料的方法，该方法操作简单、成本低廉，适合于大规模生产。制备过程采用生成草酸盐前驱体的过渡过程，采用共沉淀过程可以实现Mg掺杂分布的优良的均一性、精确的化学计量比、较低的痕量杂质含量和较低的分解温度，制备的颗粒均匀，分散性好，具有优良的发光性质，可以用于发光二极管和激光器等领域。

本发明以醋酸锌为锌源，以醋酸镁为镁源，采用焙烧共沉淀生成的草酸盐前驱体来制备Mg掺杂的ZnO发光材料。

本发明详细技术方案如下：

一种Mg掺杂的ZnO发光材料制备方法，包括以下步骤：

步骤1在去离子水中加入醋酸锌和醋酸镁搅拌直至完全溶解，得醋酸锌和醋酸镁的澄清溶液A，其中Zn²⁺和Mg²⁺的总浓度为0.1-0.5mol/L，且Mg²⁺的摩尔量为Zn²⁺摩尔量的1.0-30.0％；

步骤2在步骤1得到的的醋酸锌和醋酸镁的澄清溶液A中加入草酸溶液，其中草酸的摩尔加入量为Zn²⁺和Mg²⁺摩尔总量的1.1-1.5倍，继续搅拌10-60分钟，形成白色沉淀，过滤，洗涤，在60-110℃烘干，得氧化锌和氧化镁草酸盐前驱体ZnC₂O₂和MgC₂O₂，其中发生的化学反应为：

Zn(Ac)₂+H₂C₂O₂→ZnC₂O₂+2HAc

Mg(Ac)2+H₂C₂O₂→MgC₂O₂+2HAc

步骤3将步骤2所得到的氧化锌和氧化镁草酸盐前驱体ZnC₂O₂和MgC₂O₂在500-950℃下焙烧0.5-3小时，即得本发明所述的Mg掺杂的ZnO发光材料，

发生的化学反应为：

ZnC₂O₂→ZnO+2CO₂

MgC₂O₂→MgO+2CO₂

本发明的原理是采用共沉淀生成草酸盐前驱体的方法来制备Mg掺杂的ZnO发光材料，可以实现Mg在ZnO中优良均一的分布，优良的化学计量比，低的痕量杂质含量和较低的分解温度，以及优良的颗粒状态。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明制备成本低廉、方法简单、流程短、易操作、适合于大规模生产。

2、本发明制备的Mg掺杂的ZnO发光材料，X射线衍射分析证明具有六面体的纤维锌矿结构(如图1)，由于采用了草酸盐前驱体的过渡过程，Mg掺杂在ZnO中优良的分布，优良的化学计量比，低的痕量杂质含量和较低的分解温度，可以避免出现氧化镁的杂相结构；并且颗粒均匀(如图2)，分散性好。

3、本发明制备的Mg掺杂的ZnO发光材料，在紫外线照射下除了具有强的紫外发光外，还产生了很强的绿光(如图3)，而且可以通过调节Mg的含量来改变其带宽和绿光波长。

附图说明

图1为本发明制备的Mg掺杂的ZnO发光材料的X射线衍射图(Mg摩尔含量为5.0％)

图2为本发明制备的Mg掺杂的ZnO发光材料的透射电子显微镜照片(Mg摩尔含量为5.0％)

图3为本发明制备的Mg掺杂的ZnO发光材料(Mg摩尔含量为5.0％)在350nm波长激发下的室温发光光谱

具体实施方式

以下根据实施例具体说明本发明，但本发明并不限于这些实施例。

本发明所使用的试剂均为成都市科龙化工试剂厂生产的AR级试剂。

实施例1

在88ml的去离子水中加入5.256g醋酸锌和0.571g醋酸镁搅拌直至完全溶解，得澄清溶液A。上述A溶液加入0.3mol/L的草酸100ml，搅拌25分钟，形成白色沉淀。过滤，洗涤，80℃烘干，得氧化锌和氧化镁草酸盐前驱体白色粉末。将上述白色粉末在800℃下焙烧1小时，即得Mg掺杂的ZnO发光材料。透射电子显微镜分析其平均粒径为500nm；X射线衍射分析证明具有六面体的纤维锌矿结构；紫外-可见吸收光谱表明其吸收带边为380nm；荧光光谱表明其绿光发光峰在494nm处。

实施例2

在440ml的去离子水中加入26.28g醋酸锌和6.42g醋酸镁搅拌直至完全溶解，得澄清溶液A。上述溶液加入0.3mol/L的草酸500ml，搅拌30分钟，形成白色沉淀。过滤，洗涤，90℃烘干，得氧化锌和氧化镁草酸盐前驱体白色粉末。将上述白色粉末在800℃下焙烧2小时，即得Mg掺杂的ZnO发光材料。X射线衍射分析证明具有六面体的纤维锌矿结构；紫外-可见吸收光谱表明其吸收带边为378nm；荧光光谱表明其绿光发光峰在476nm处。

实施例3

在88ml的去离子水中加入5.256g醋酸锌和0.052g醋酸镁搅拌直至完全溶解，得澄清溶液A。上述溶液加入0.3mol/L的草酸95ml，搅拌20分钟，形成白色沉淀。过滤，洗涤，60℃烘干，得氧化锌和氧化镁草酸盐前驱体白色粉末。将上述白色粉末在700℃下焙烧1小时，即得Mg掺杂的ZnO发光材料。X射线衍射分析证明具有六面体的纤维锌矿结构；紫外-可见吸收光谱表明其吸收带边为382nm；荧光光谱表明其绿光发光峰在503nm处。

实施例4

在440ml去离子水中加入26.28g醋酸锌和4.53g醋酸镁搅拌直至完全溶解，得澄清溶液A。上述溶液加入0.2mol/L的草酸750ml，搅拌40分钟，形成白色沉淀。过滤，洗涤，80℃烘干，得氧化锌和氧化镁草酸盐前驱体白色粉末。将上述白色粉末在850℃下焙烧1.5小时，即得Mg掺杂的ZnO发光材料。X射线衍射分析证明具有六面体的纤维锌矿结构；紫外-可见吸收光谱表明其吸收带边为379nm；荧光光谱表明其绿光发光峰在489nm处。

Claims (3)

1.一种Mg掺杂的ZnO发光材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：在去离子水中加入醋酸锌和醋酸镁搅拌直至完全溶解，得醋酸锌和醋酸镁的澄清溶液A，其中Zn²⁺和Mg²⁺的总浓度为0.1-0.5mol/L，且Mg²⁺的摩尔量为Zn²⁺摩尔量的1.0-30.0％；

步骤2：在步骤1的醋酸锌和醋酸镁的澄清溶液A中加入草酸溶液，其中草酸的摩尔加入量为Zn²⁺和Mg²⁺摩尔总量的1.1-1.5倍继续搅拌10-60分钟，形成白色沉淀过滤，洗涤，在60-110℃烘干，得氧化锌和氧化镁草酸盐前驱体ZnC₂O₄和MgC₂O₄；

步骤3：将步骤2所得到的氧化锌和氧化镁草酸盐前驱体ZnC₂O₄和MgC₂O₄在500-950℃下焙烧0.5-3小时，得到Mg掺杂的ZnO发光材料。

2.如权利要求1所述的一种Mg掺杂的ZnO发光材料的制备方法，其特征在于采用生成草酸盐前驱体ZnC₂O₄和MgC₂O₄的过渡过程。

3.如权利要求1所述的一种Mg掺杂的ZnO发光材料的制备方法，其特征在于采用共沉淀过程生成草酸盐前驱体。

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