高壓下制備的透明低阻n-ZnO

1、高壓下制備的透明低阻n-ZnO陶瓷講述人：洪琦棱講述人：洪琦棱制作：制作：費(fèi)佳蕾費(fèi)佳蕾 RQRQ文獻(xiàn)搜集文獻(xiàn)搜集：張云柯、張旭良、：張云柯、張旭良、張英杰、澤仁翁姆、周涵張英杰、澤仁翁姆、周涵u摘要摘要u實(shí)驗實(shí)驗u結(jié)果與討論結(jié)果與討論u結(jié)論結(jié)論摘摘 要要 常壓下的常壓下的ZnOZnO是一致熔融化合物，其熔點(diǎn)為是一致熔融化合物，其熔點(diǎn)為19751975，它不僅具有強(qiáng)烈的極性折晶特效，而且，它不僅具有強(qiáng)烈的極性折晶特效，而且在在13001300以上會發(fā)生嚴(yán)重的升華；纖鋅礦結(jié)構(gòu)的以上會發(fā)生嚴(yán)重的升華；纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnOZnO具有光學(xué)各向異性，對光產(chǎn)生雙折射而引發(fā)具有光學(xué)各向異性，對光產(chǎn)生雙折射而引發(fā)

2、散射等。因此，透明散射等。因此，透明ZnOZnO陶瓷的制備遇到了極大困難，也限制了陶瓷的制備遇到了極大困難，也限制了ZnOZnO陶瓷在紫外發(fā)光等電子器件領(lǐng)陶瓷在紫外發(fā)光等電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用。域的應(yīng)用。 近年來對高壓的研究發(fā)現(xiàn)，近年來對高壓的研究發(fā)現(xiàn)，高壓可以有效的抑制材料的升華、控制材料中晶粒生產(chǎn)尺寸以及高壓可以有效的抑制材料的升華、控制材料中晶粒生產(chǎn)尺寸以及提高材料致密度，提高材料致密度，而且還可以改變材料的許多物理和化學(xué)性質(zhì)。所以，實(shí)驗中設(shè)計了以而且還可以改變材料的許多物理和化學(xué)性質(zhì)。所以，實(shí)驗中設(shè)計了以高質(zhì)量納高質(zhì)量納米米ZnOZnO粉體為原料，采用高壓抑制粉體為原料，采用高壓抑制ZnO

3、ZnO升華以及提高陶瓷密度升華以及提高陶瓷密度。另外，由于高壓下。另外，由于高壓下ZnOZnO陶瓷中的晶陶瓷中的晶粒生長是一個準(zhǔn)熱力學(xué)平衡過程，所以期望通過調(diào)節(jié)壓力和溫度的關(guān)系，控制粒生長是一個準(zhǔn)熱力學(xué)平衡過程，所以期望通過調(diào)節(jié)壓力和溫度的關(guān)系，控制ZnOZnO陶瓷中的晶粒陶瓷中的晶粒生長尺寸來降低因生長尺寸來降低因ZnOZnO結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的雙折射結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的雙折射。處理工藝 將ZnO粉體在5MPa的條件下，預(yù)壓呈15.51.1mm（直徑）的合成樣品 實(shí)驗是在中國式的SPD 6 1200型六面高壓設(shè)備上進(jìn)行的。ZnO粉體的純度為99.9%，平均粒徑約為100nm，呈球狀 然后放入Mo套中防止污染

4、。將Mo套放入作為加熱容器的石墨坩堝中 再放入葉蠟石合成腔中。燒結(jié)的壓力和溫度分布為1-5GPa，600-1300，時間為15min。為消除ZnO陶瓷中的殘余余應(yīng)力，將燒結(jié)的樣品進(jìn)行原位緩慢退火，時間為5t處理工藝樣品表征X射線衍射儀（XRD）分析晶體結(jié)構(gòu)掃描電子顯微鏡（SEM）表征其表面形態(tài)采用X射線能譜儀（EDS）分析樣品的組成采用光致發(fā)光（PL）測量發(fā)光性能X射線衍射儀（XRD）分析晶體結(jié)構(gòu)ZnOZnO的的XRD XRD （a a）ZnOZnO粉末；（粉末；（b b）5Gpa,8005Gpa,800燒結(jié)的燒結(jié)的ZnOZnO陶瓷陶瓷5GPa5GPa，800800燒結(jié)的燒結(jié)的ZnOZnO透明

5、陶瓷為纖鋅礦結(jié)透明陶瓷為纖鋅礦結(jié)構(gòu)，與初始的納米構(gòu)，與初始的納米ZnOZnO粉體相比，粉體相比，衍射峰位發(fā)生衍射峰位發(fā)生了較大的紅移了較大的紅移通過計算可知，通過計算可知，ZnOZnO透明陶瓷中晶胞體積減小了透明陶瓷中晶胞體積減小了3.7%3.7%。ZnOZnO的相平衡壓力與溫度的關(guān)系為的相平衡壓力與溫度的關(guān)系為P P（GPaGPa）=8.0 - 0.0023 =8.0 - 0.0023 T T（K K），），且壓力的增加將伴隨且壓力的增加將伴隨晶胞體積的晶胞體積的減小減小樣品表征X射線衍射儀（XRD）分析晶體結(jié)構(gòu)掃描電子顯微鏡（SEM）表征其表面形態(tài)采用X射線能譜儀（EDS）分析樣品的組成采

6、用光致發(fā)光（PL）測量發(fā)光性能5GPa5GPa，800800燒結(jié)的燒結(jié)的ZnOZnO陶瓷陶瓷（a a）透射率曲線及樣本光學(xué)曲線；（）透射率曲線及樣本光學(xué)曲線；（b b）ZnOZnO陶瓷陶瓷表面表面SEMSEM照片照片掃描電子顯微鏡（SEM）表征其表面形態(tài)（a a）為）為5GPa5GPa，800800燒結(jié)的燒結(jié)的ZnOZnO陶瓷的投射曲線，陶瓷的投射曲線，透過率約為透過率約為49%49%，插圖為插圖為15.515.51.1mmZnO1.1mmZnO陶瓷陶瓷照片，呈淺黃照片，呈淺黃色色（b b）為）為ZnOZnO陶瓷表面陶瓷表面SEMSEM照片。從圖中可以看出，照片。從圖中可以看出，ZnOZnO的

7、平均粒徑為的平均粒徑為150nm150nm，與初始的粉體粒徑相比與初始的粉體粒徑相比增增加了加了50nm50nm左右，這比常壓燒結(jié)的左右，這比常壓燒結(jié)的ZnOZnO粒徑小了很多，粒徑小了很多，其原因可能源于其原因可能源于壓力壓力的的作用作用樣品表征X射線衍射儀（XRD）分析晶體結(jié)構(gòu)掃描電子顯微鏡（SEM）表征其表面形態(tài)采用X射線能譜儀（EDS）分析樣品的組成采用光致發(fā)光（PL）測量發(fā)光性能采用X射線能譜儀（EDS）分析樣品的組成ZnO的的EDS譜譜 （a）ZnO粉末（粉末（b）5GPa，800制備的制備的ZnO透明陶瓷透明陶瓷圖4（a）所示的ZnO粉體中的Zn和O原子比約為1:1，而圖4（b）

8、所示透明ZnO陶瓷中Zn和O原子比約為0.53:0.47，說明陶瓷處于富Zn狀態(tài)。這種富Zn狀態(tài)的形成歸因于溫度對于氧空位的影響樣品表征X射線衍射儀（XRD）分析晶體結(jié)構(gòu)掃描電子顯微鏡（SEM）表征其表面形態(tài)采用X射線能譜儀（EDS）分析樣品的組成采用光致發(fā)光（PL）測量發(fā)光性能采用光致發(fā)光（PL）測量發(fā)光性能 室溫室溫下觀察到了透明下觀察到了透明ZnOZnO陶瓷在陶瓷在3.31eV3.31eV處紫處紫外發(fā)射和外發(fā)射和2.852.85、2.27eV2.27eV處可見發(fā)射處可見發(fā)射3 3個譜峰；個譜峰；而低溫（而低溫（80K80K）下在）下在3.363.36、3.313.31、3.243.24、

9、2.852.85和和2.27eV2.27eV處觀察到了處觀察到了5 5個譜峰（個譜峰（EgEg=1240/=1240/）。）。其中，其中，3.36eV3.36eV的發(fā)射峰歸因于自由激子發(fā)射，的發(fā)射峰歸因于自由激子發(fā)射，3.313.31、3.24eV3.24eV的峰分別歸因于的峰分別歸因于FXFX在在72eV72eV周期間周期間隔的隔的FX-LOFX-LO和和FX-2LOFX-2LO，說明說明ZnOZnO陶瓷為陶瓷為n n型導(dǎo)電型導(dǎo)電結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 結(jié)結(jié) 論論u 透明陶瓷的形成歸因于透明陶瓷的形成歸因于壓力壓力和和溫度溫度對對晶粒尺寸晶粒尺寸、再結(jié)晶速度再結(jié)晶速度及及密度密度的調(diào)控的調(diào)控u 在在5GPa5GPa，800800時獲得了最佳性能的低阻時獲得了最佳性能的低阻ZnOZnO透明陶瓷，透明陶瓷，u 低阻低阻ZnOZnO透明陶瓷的透過率為透明陶瓷的透過率為49%49%，禁帶寬度為，禁帶寬