《一种微波水热法制备Β氧化镓的方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种微波水热法制备Β氧化镓的方法.pdf（7页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN101993110A43申请公布日20110330CN101993110ACN101993110A21申请号201010552816722申请日20101114C01G15/0020060171申请人青岛理工大学地址266033山东省青岛市抚顺路11号青岛理工大学72发明人赵宝秀吕谋74专利代理机构青岛高晓专利事务所37104代理人张世功54发明名称一种微波水热法制备氧化镓的方法57摘要本发明属于化学物质制备技术领域，涉及一种微波水热法制备氧化镓的方法，以GANO33XH2O为主要原料，无水乙醇和氨水为辅助原料，先将GANO33XH2O固体溶解到无水乙醇中不断搅拌到全部溶解得。
2、到透明溶液；再向透明溶液中逐滴加入氨水溶液并不断搅拌到生成白色絮状物不再增加为止；然后用去离子水洗涤白色絮状物以去除硝酸根离子，离心分离得到白色絮状物加入去离子水搅拌形成白色胶体；最后将洗涤干净的活性炭投入白色胶体中混合均匀，转移到容器中置入微波消解炉进行微波水热反应形成白色结晶絮状的GA2O3；其设备结构简单，工艺原理可靠，制备时间短，产品质量好，效率高，操作易行，不需要后期焙烧热处理。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图2页CN101993113A1/1页21一种微波水热法制备氧化镓的方法，其特征在于以GANO33XH2O为主要原料，无。
3、水乙醇和氨水为辅助原料，采用微波水热技术方法制备GA2O3，采用活性炭为微波加热介质；微波水热反应时间为2040MIN；无需高温焙烧就有晶相的出现；其具体制备过程如下1将2GGANO33XH2O固体溶解到15ML无水乙醇中，并不断搅拌直到GANO33XH2O全部溶解得到透明溶液；2向上述透明溶液中逐滴加入1M的氨水溶液，并不断搅拌直到生成的白色絮状物不再增加为止；3用去离子水洗涤上述白色絮状物以去除其中的硝酸根离子，离心分离得到白色絮状物，然后加入20ML去离子水，不断搅拌形成白色胶体；4将4G洗涤干净的6080目活性炭投入到上述白色胶体中并混合均匀，再转移到内衬为聚四氟乙烯的容器中，然后将其。
4、置入微波消解炉中进行微波水热反应，形成的白色结晶絮状物即为GA2O3。2根据权利要求1所述的微波水热法制备氧化镓的方法，其特征在于在微波辐射条件下水分子和活性炭分子做无规则的剧烈运动，形成温度为160、压力为2MPA的高温高压环境；在2MPA的压力下，活性炭表面温度瞬间达1000以上，吸附在活性炭活性点上的GAOH3并在高温高压下发生脱水反应生成GA2O3，并发生晶核的生长和晶型的转化，其反应过程为2GAOH33H2OGA2O3GA2O3。权利要求书CN101993110ACN101993113A1/3页3一种微波水热法制备氧化镓的方法技术领域0001本发明属于化学物质制备技术领域，涉及一种微。
5、波水热法制备氧化镓的方法，用于快速简单地制备结晶性能良好的氧化镓。背景技术0002氧化镓GA2O3是一种宽带隙的半导体氧化物，室温下的禁带宽度约为在4249EV；目前报道的GA2O3共有五种晶型结构，分别为、和6GA2O3，其中，具有单斜结构的GA2O3性能最为稳定；GA2O3是一种透明的半导体氧化物，在光电子器件方面具有广阔的应用前景，可被广泛用于GA基半导体材料的绝缘层，紫外发光材料和气体传感器等方面。固体GA2O3的制备方法有很多，目前报道的方法主要有溶胶凝胶法、化学沉积法、分子束外延法、脉冲激光沉积法、射频磁控溅射法及水热法等。溶胶凝胶法是制备薄膜GA2O3的有效方法，其工艺简单，可实。
6、现多组分的均相掺杂，且反应温度低，易于大面积镀膜等优点，但薄膜厚度较薄，膜的连续性不好，在热处理过程中容易发生龟裂的现象；化学沉积法是制备薄膜GA2O3的主要方法，其制备的GA2O3薄膜结晶质量优良，表面光滑，膜均匀性好，但是设备造价较高、沉积要求严格，分子束外延易于控制组分和高浓度掺杂，还可进行原子操作，而且到达衬底表面的原子有足够的时间迁移到晶格位，可实现低温外延，但是该法制造和维护成本都非常昂贵，难以实现产业化；脉冲激光沉积法在超高真空本底压强可达9108PA系统中将KRF或ARF激光器发出的高能激光脉冲通过真空室窗口汇聚在靶表面加热靶材，能够使靶材在瞬时熔融气化，并沉积到衬底上形成薄膜。
7、，适宜于超高真空下制取高纯薄膜，但是难以实现大面积生长均匀的薄膜，生长速率低等，很难实现商业化的应用；磁控溅射法利用荷能粒子轰击靶材，使靶材原子或分子被溅射出来并沉积到衬底表面的一种工艺，磁控溅射是低温高速的薄膜沉积方法，成膜质量高，成本低的优势；水热法是制备粉末GA2O3的一种最为简单方便的方法，反应是在高压反应釜内进行的，通常使用的压力高于2106PA，温度在140180，反应时间在8H以上，水热法制备GA2O3较为简单，操作较好控制，设备精密要求不高，但是制备的GA2O3精度不高，粒径尺寸也较大，很难做到纳米级别。0003综上所述，现有的水热法是较为简单制备粉体GA2O3的方法，但该法水。
8、热时间长，需历时8H以上，随着材料制备方法的不断革新，各种新兴的制备技术不断出现，其中微波加热或微波辅助加热就是一种新兴的材料制备方法，微波辐射加热具有常规加热所不具备的优点加热速度快、加热均匀无温度梯度及无二次污染等。常规加热需几十小时或数天的反应在微波辐射条件下仅需几分钟或几十分钟，且制备的材料性能均一。微波是一种电磁波，只有具有极性的物质才能吸收微波而被加热，微波加热制备反应需要在极性介质如H2O、碳化硅及活性炭等中进行，某些极性物质如活性炭吸收微波后其表面的活性点温度可高达1000，因此吸附在活性点上物质可以在该温度下顺利地发生晶核生长和晶型转化现象。微波辐射加热方法主要应用在有机材料。
9、的制备中，但采用微波加热技术制备无机材料的报道并不多。归结起来，现有的技术方法普遍存在着工艺过程复杂，反应时间长，说明书CN101993110ACN101993113A2/3页4生产成本高，产品出率低，质量不够理想，难以实现工业化生产等突出缺点。发明内容0004本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，缩短现有技术制备GA2O3的反应时间，丰富GA2O3的制备新方法，设计提供一种新颖的微波水热方法制备GA2O3的新工艺。0005为了实现上述目的，本发明以GANO33XH2O为主要原料，无水乙醇和氨水为辅助原料，采用微波水热技术方法制备GA2O3，采用活性炭为微波加热介质；微波水热反应时间为204。
10、0MIN；无需高温焙烧就有晶相的出现；其具体制备过程如下00061将2GGANO33XH2O固体溶解到15ML无水乙醇中，并不断搅拌直到GANO33XH2O全部溶解得到透明溶液；00072向上述透明溶液中逐滴加入1M的氨水溶液，并不断搅拌直到生成的白色絮状物不再增加为止；00083用去离子水洗涤上述白色絮状物以去除其中的硝酸根离子，离心分离得到白色絮状物，然后加入20ML去离子水，不断搅拌形成白色胶体；00094将4G洗涤干净的6080目活性炭投入到上述白色胶体中并混合均匀，转移到内衬为聚四氟乙烯的容器中，然后将其置入微波消解炉中进行微波水热反应，形成的白色结晶絮状物即为GA2O3。0010本。
11、发明在微波辐射条件下反应釜中的水分子和活性炭分子做无规则的剧烈运动，形成温度为160、压力为2MPA的高温高压环境；在2MPA的压力下，活性炭表面温度瞬间达1000以上，吸附在活性炭活性点上的GAOH3并在高温高压下发生脱水反应生成GA2O3，并发生晶核的生长和晶型的转化，其反应过程为00112GAOH33H2OGA2O3GA2O3。0012本发明与现有技术相比，其优点是设备结构简单，工艺原理可靠，制备时间短，产品质量好，效率高，操作易行，且不需要后期焙烧热处理而实现晶型的转化。附图说明0013图1为微波辐射功率对GA2O3结晶性能的影响曲线示意图。0014图2为微波辐射时间对GA2O3结晶性。
12、能的影响曲线示意图。0015图3为活性炭的加入量对GA2O3结晶性能的影响曲线示意图。0016图4为本发明中GA2O3的紫外可见漫反射光谱曲线示意图。具体实施方式0017下面通过实施例并结合附图作进一步说明。0018本实施例的步骤包括1将2GGANO33XH2O固体溶解到15ML无水乙醇中，并不断搅拌直到GANO33XH2O全部溶解，最后得到透明溶液；2向上述透明溶液中逐滴加入1M的氨水溶液，并不断搅拌直到生成的白色絮状物不再增加为止；3用去离子水洗涤上述白色絮状物以去除其中的硝酸根离子，离心分离得到白色絮状物，然后加入20ML去离子水，不断搅拌形成白色胶体；4将4G洗涤干净的6080目活性炭。
13、投入到上述白色胶说明书CN101993110ACN101993113A3/3页5体中并混合均匀，转移到内衬为聚四氟乙烯的容器中，然后将其置入微波消解炉中进行微波水热反应，形成的白色结晶絮状物即为GA2O3。0019实施例1微波辐射功率对GA2O3结晶性能的影响0020按制备过程称取三份等量的反应体系，分别置入微波炉中启动反应，反应时间为20MIN、M活性炭MGANO33为21、微波辐射功率为90W、270W和540W，考察微波辐射功率对GA2O3结晶性能的影响，GA2O3的结晶状态及晶型结构由XRD进行表征，表征结果如图1所示；随着微波辐射功率的增大，GA2O3的结晶性能越好，当微波辐射功率为。
14、90W时，在2分别为32、35及65处出现了相的衍射峰，但是结晶状态较弱；当微波辐射功率为270W时，在2分别为30、32、35、46、51、61及65处出现了明显的相衍射峰，且结晶状态较为明显；当微波辐射功率为540W时，上述衍射峰变得更为强烈，特别是在2为71处也出现了较明显的衍射峰，与标准GA2O3衍射卡对照，此处的衍射峰也是由相衍射形成的。这是因为随着微波辐射功率的增大，一方面，反应釜内的水分子和活性炭颗粒做剧烈热运动的程度加强，这加快了GA2O3在反应釜中的传质过程；另一方面活性炭颗粒在高功率的微波场中其表面温度能迅速升高到1000以上，提高了GA2O3晶粒的生长速度及晶相的转化速度。
15、，因此较高的微波辐射功率有助于GA2O3的形成及结晶。0021实施例2为微波辐射时间对GA2O3结晶性能的影响0022按制备过程称取三份等量的反应体系，分别置入微波炉中启动反应，微波辐射功率设定为540W、M活性炭MGANO33为21，微波辐射时间分别为10MIN、20MIN和40MIN，考察微波辐射时间对GA2O3结晶性能的影响。XRD的表征结果如图2所示，相的衍射峰强度随着微波辐射时间的延长而加强，在一定时间范围内，较长的微波水热反应时间能延长GA2O3晶粒的生长时间，且GA2O3晶粒向相转化的更加彻底，结晶更为完美；在实际实验过程中发现，较高的微波辐射功率和较长的微波辐射时间会影响到微波。
16、加热介质活性炭的使用寿命，当辐射时间超过40MIN时，会有部分的活性炭发生类似焦化现象，这会影响了GA2O3的结晶纯度，因此本发明将该反应条件下为辅辐射时间定为40MIN以下。0023实施例3为微波辐射介质活性炭的加入量对GA2O3结晶性能的影响0024活性炭和水是一种常见的微波加热介质，常压下水吸收微波后其最高温度为100，活性炭吸收微波后表面活性点的温度达1000以上，而GA2O3的微波吸收能力很弱，所以要实现GA2O3在微波场中发生相的转化就必须在反应体系中加入微波吸收介质，如活性炭；按制备过程准备三份等量的反应体系，分别置入微波炉中启动反应，微波辐射功率设定为540W、微波辐射时间为2。
17、0MIN，考察活性炭的投入量对GA2O3结晶性能的影响，其中定义M活性炭MGANO33，XRD表征结果如图3所示，相的衍射峰强度随的增大而增强，这是因为活性炭质量的提高增加了活性炭活性吸附点的浓度，使更多的GA2O3晶粒有机会在吸附点上发生相的生成。0025实施例4GA2O3的紫外可见漫反射光谱0026常温条件下，粉体GA2O3的带隙在4249EV，图4给出了本发明制备的GA2O3的紫外可见漫反射光谱，由该谱图可以推算出微波辅助水热制备的GA2O3带隙宽度约为48EV，符合粉体GA2O3的能带间隙。说明书CN101993110ACN101993113A1/2页6图1图2说明书附图CN101993110ACN101993113A2/2页7图3图4说明书附图CN101993110A。