CN102134484A - GaN@SiO2微米材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发光材料制备技术领域，提出了一种GaN@SiO2微米材料的制备方法，该材料主要用于防止GaN材料的水解，本发明采用的制备步骤是GaOOH微米材料的制备-GaN微米材料的制备-GaN@SiO2微米材料的制备，本发明GaN@SiO2微米材料在室温下较稳定，SiO2的包覆钝化了GaN材料的表面活性，改善了GaN材料在室温下易被水解的缺点，这一发明拓展了GaN基材料在发光二级管、激光器、电子场效应晶体管、异质结双极晶体管、探测器等方面的应用，本发明反应设备和工艺简单易操作，适合于工业化生产及应用。
Description
技术领域
本发明属于发光材料制备技术领域，涉及GaN@SiO2微米材料的制备方法。
背景技术
随着半导体产业的发展，以GaN为代表的III-V族氮化物等宽禁带半导体材料以其特有的能带结构、稳定的物理化学性质受到普遍重视。室温下GaN有特殊的光电子学特性，是制备短波长光电子学器件的最佳材料之一。同时由于GaN的宽禁带、高击穿电场、高电子饱和速率及在异质结构里的高电子密度，也被认为是理想的耐高温、大功率电子器件材料。目前，氮化镓基光电器件的应用领域有发光二级管、激光器、电子场效应晶体管、异质结双极晶体管、探测器等。
利用金属镓和流动的氨气在高温下直接反应而获得GaN纳米线，纳米线的径向尺寸强烈依赖于反应温度和氨气流速，在更高的温度和更快的气流条件下生长的纳米线具有更大的直径。进一步研究证实，纳米线适宜的生长温度在825℃-925℃之间，温度高于925℃则有利于生成六方盘状的GaN晶体，而低于825℃则很难形成结晶良好的GaN产物。
目前，有关氮化镓纳米或微米材料的报道，主要侧重于合成形貌和生长机理等方面的研究，而对所制备的氮化镓纳米或微米材料在室温下的稳定性并没有讨论，然而，大量的实验数据表明GaN材料在室温下放置一段时间会全部水解为GaOOH。氮化镓材料在室温下的稳定性直接影响到氮化镓基材料的工业应用，所以对氮化镓材料在室温下稳定性的改进是极其有必要的。
发明内容
发明人在科研过程中，发现GaN材料长期暴露在空气中存在易被水解的缺陷。经过全面仔细的调研发现，目前还没有有关本发明的报道，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够使GaN材料在室温下能够抗水解的GaN@SiO2微米材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是该GaN@SiO2微米材料的制备方法采用以下步骤：
1.GaOOH微米材料的制备：在N，N-二甲基甲酰胺和蒸馏水的混合溶液中加入GaCl3和PVP粉末试剂，然后在搅拌下溶解，将此溶液转移到聚四氟乙烯的低温釜中，密封后升温至160℃-200℃，保温不少于12小时，得到GaOOH微米材料；
2.GaN微米材料的制备：将上述方法制备的GaOOH粉末置于石英舟中，再水平放置于管式石英炉中，加热前先通NH3 20分钟，然后以10℃/min的速率升温到800℃，恒温100分钟，之后在NH3气氛下自然冷却到室温，即得到GaN微米材料；
3.GaN@SiO2微米材料的制备：将上述方法制备的GaN微米粉末加入到异丙醇和蒸馏水的混合溶液中，在超声波的条件下形成悬浊液，在搅拌的条件下，加入氨水来调节PH值，然后慢慢滴加少量的TEOS溶液，搅拌6小时后过滤洗涤，便可得到GaN@SiO2微米材料。
在上述的制备方法中，所述N，N-二甲基甲酰胺和蒸馏水的混合溶液中混合比例为5∶4；所述异丙醇和蒸馏水的混合溶液中混合比例为10∶1。
本发明首先采用溶剂热的方法合成了尺度均一、产率高的GaOOH微米结构，然后采用简单易操作的氨化法制备了GaN微米结构，而且这步反应很好地保持了前躯体GaOOH的形貌，最后在室温下采用简单水解的原理，制备了GaN@SiO2微米材料。SiO2的包覆钝化了GaN微米材料的表面活性，改善了GaN微米材料在室温下易被水解的缺点，而且SiO2的包覆没有改变GaN微米材料的荧光发光峰的位置。GaN@SiO2微米材料在室温下较稳定，很难被水解，这一发明拓展了GaN基材料在发光二级管、激光器、电子场效应晶体管、异质结双极晶体管、探测器等方面的应用。本发明反应设备和工艺简单易操作，适合于工业化生产及应用。
附图说明
图1是实施例1制备产物GaN的XRD图；
图2是实施例1产物的GaN的FESEM图；
图3是实施例1产物的GaN@SiO2的TEM图；
图4是实施例1中产物GaN@SiO2和GaN的PL图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，进一步说明本发明GaN@SiO2微米材料的制备方法。
实施例1
本发明GaN@SiO2微米材料的制备方法采用以下步骤：
1.菱形GaOOH微米材料的制备：在25mL N，N-二甲基甲酰胺和20mL蒸馏水的混合溶液中加入0.88g GaCl3和0.8g PVP(K-30)粉末试剂，在搅拌下溶解，将此溶液转移到50mL的聚四氟乙烯的低温釜中，密封后升温至180℃，保温15小时，得到菱形GaOOH微米材料；
2.菱形GaN微米材料的制备：将0.5g上述方法制备的GaOOH粉末置于石英舟中，再水平放置于管式石英炉中，加热前先通NH3 20分钟，然后在NH3气氛下以10℃/min的速率升温到800℃，恒温100分钟，之后在NH3气氛下自然冷却到室温，即得到菱形GaN微米材料；
3.菱形GaN@SiO2微米材料的制备：将0.4g的上述方法制备的GaN微米粉末加入80mL异丙醇和8mL蒸馏水的混合溶液中，在超声波的条件下形成悬浊液，然后在搅拌的条件下，加入3.5mL氨水，然后在6小时内慢慢滴加0.6mL TEOS和10mL异丙醇混合溶液，得到菱形GaN@SiO2微米材料。
图1给出了本实施例1产物GaN的XRD图，由图1可见：三强峰位置分别在32.49°、34.7°、37.0°，分别对应于GaN的(100)、(002)、(101)面，显示产物为六方相的GaN；由产物的场发射扫描像图2可以看出产物GaN是均匀的菱形结构，长度大约为3-5μm；透射电镜像图3显示了GaN@SiO2的微结构，表明SiO2均匀的包覆在菱形GaN的表面；图4给出了GaN和GaN@SiO2微米材料的PL光谱，通过分析得出SiO2的包覆没有改变GaN微米材料PL峰的峰位。
实施例2
本发明GaN@SiO2微米材料的制备方法采用以下步骤：
1.棒形GaOOH微米材料的制备：在25mL N，N-二甲基甲酰胺和20mL蒸馏水的混合溶液中加入的0.88g GaCl3和1.0gPVP粉末试剂，在搅拌下溶解，将此溶液转移到50mL的聚四氟乙烯的低温釜中，密封后升温至180℃，保温24小时，得到棒形GaOOH微米材料；
2.棒形GaN微米材料的制备：将0.5g上述方法制备的GaOOH粉末置于石英舟中，再水平放置于管式石英炉中，加热前先通NH3 20分钟，然后在NH3气氛下以10℃/min的速率升温到800℃，恒温100分钟，之后在NH3气氛下自然冷却到室温，即得到棒形GaN微米材料；
3.棒形GaN@SiO2微米材料的制备：将0.4g的上述方法制备的GaN微米粉末加入80mL异丙醇和8mL蒸馏水的混合溶液中，在超声波的条件下形成悬浊液，然后在搅拌的条件下，加入3.5mL氨水，然后在6小时内慢慢滴加0.6mL TEOS和10mL异丙醇混合溶液，得到棒形GaN@SiO2微米材料。
Claims (3)
1.一种GaN@SiO2材料的制备方法，其特征是采用以下步骤：
(1).GaOOH微米材料的制备：在N，N-二甲基甲酰胺和蒸馏水的混合溶液中加入GaCl3和PVP粉末试剂，然后在搅拌下溶解，将此溶液转移到聚四氟乙烯的低温釜中，密封后升温至160℃-200℃，保温不少于12小时，得到GaOOH微米材料；
(2).GaN微米材料的制备：将上述方法制备的GaOOH粉末置于石英舟中，再水平放置于管式石英炉中，加热前先通NH320分钟，然后以10℃/min的速率升温到800℃，恒温100分钟，之后在NH3气氛下自然冷却到室温，即得到GaN微米材料；
(3).GaN@SiO2微米材料的制备：将上述方法制备的GaN微米粉末加入到异丙醇和蒸馏水的混合溶液中，在超声波的条件下形成悬浊液，在搅拌的条件下，加入氨水来调节PH值，然后慢慢滴加少量的TEOS溶液，搅拌6小时后过滤洗涤，便可得到GaN@SiO2微米材料。
2.如权利要求1的GaN@SiO2材料的制备方法，其特征是所述N，N-二甲基甲酰胺和蒸馏水的混合溶液中混合比例为5∶4。
3.如权利要求1的GaN@SiO2材料的制备方法，其特征是所述异丙醇和蒸馏水的混合溶液中混合比例为10∶1。
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Bao Keyan Inventor after: Mao Wutao Inventor after: Sun Hongxian Inventor after: Li Yuling Inventor after: Zhao Qiang Inventor before: Bao Keyan Inventor before: Sun Hongxian |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: BAO KEYAN SUN HONGXIAN TO: BAO KEYAN MAO WUTAO SUN HONGXIAN LI YULING ZHAOQIANG |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20130402 Address after: 473061 Nanyang Normal University, 1638 Wolong Road, Henan, Nanyang Applicant after: Nanyang Normal College Address before: 473061 School of chemical and pharmaceutical engineering, Nanyang Normal University, 1638 Wolong Road, Nanyang, Henan Applicant before: Bao Keyan |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130522 Termination date: 20141122 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |