本發(fā)明具體涉及一種氮化鎵(gan)納米顆粒的制備方法。

背景技術(shù)：

gan具有纖鋅礦和閃鋅礦兩種結(jié)構(gòu)，化學性質(zhì)穩(wěn)定，在室溫下，gan不溶于水、酸和堿。gan熔點較高，約為1700℃，硬度較大，是一種良好的涂層保護材料。gan禁帶寬度高達3.39ev，熱導率高、耐高溫，耐高電壓，適合用于制作大功率電子器件以及藍、綠光和紫外光發(fā)光二極管(led)、激光二極管(ld)等光學器件。此外，gan在工業(yè)催化領(lǐng)域有望用來替代或部分替代貴金屬等，具有重要的應用前景。文獻(thermalnon-oxidativearomatizationoflightalkanescatalyzedbygalliumnitride，2014，126，14330-14333)報道了gan在無氧條件下通過催化熱解將低碳烷烴(包括甲烷，丙烷，正丁烷，正己烷以及環(huán)己烷)脫氫芳構(gòu)化合成苯，相對于報道的分子篩催化劑而言，gan催化劑具有更高的反應活性和穩(wěn)定性。

目前，已報到的gan納米顆粒的制備方法有溶劑熱法、溶膠凝膠法、機械合成法、無機熱熔法以及表面固態(tài)晶體反應法。溶劑熱法采用苯作為溶劑，gacl3作鎵源，nan3作氮源。操作時先將鎵源溶于有機溶劑中，再將氮源加入后一起轉(zhuǎn)移至高壓釜中，加熱高壓釜至280～300℃反應10～12小時，制備出氮化鎵納米顆粒。溶劑熱法耗時較短且操作簡便。但是，制備過程需要使用的溶劑苯和nan3有毒性，此外，nan3受震動和刮擦后易爆炸而極不穩(wěn)定。溶膠凝膠法一般需要先制備鎵的配合物作為前驅(qū)體，前驅(qū)體再經(jīng)過攪拌、冷卻、焙燒以及高溫氨化最后合成納米氮化鎵。該方法操作簡便，產(chǎn)物純度較高，且可以選擇廉價、低毒甚至無毒的配體制備前驅(qū)體，但是，該方法制備gan步驟繁瑣，周期長，在氨化過程中，升溫速率、氨氣流速以及反應溫度等因素會影響產(chǎn)物的最終形貌，繼而影響其性能和應用。機械合成法通過在氨氣中將ga2o3與li3n混合及機械化處理得到納米gan顆粒。但是，該方法因其使用的li3n價格昂貴并且具有一定毒性從而不適合工業(yè)化生產(chǎn)。無機熱熔法以ga2o3作為鎵源，nh4cl作為氮源，過量金屬鎂粉作為還原劑，將三者混合均勻后裝入高壓釜中，馬弗爐中650℃反應8小時，高壓釜中的混合物經(jīng)冷卻、洗滌及干燥得到納米gan顆粒。該方法安全，但是反應中的操作需要在無水無氧環(huán)境下(如氮氣填充的手套箱中)進行，制備成本高，條件苛刻。表面固相晶體反應法以cn2h2與ga2o3作為前驅(qū)體，750℃下在安瓿瓶中反應。該方法合成過程簡單，生成的gan顆粒平均尺寸為40nm，但是，因其在反應過程中原料cn2h2分解釋放出劇毒物質(zhì)hcn，從而在很大程度上限制了該方法的進一步應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有g(shù)an納米顆粒制備方法存在的上述問題，提供一種操作簡單、成本低廉、無毒無污染制備gan納米顆粒的方法。

解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：將硝酸鎵和三聚氰胺按質(zhì)量比為1:1～1:4充分研磨混合均勻后，先在惰性氣氛下700～900℃焙燒1～4小時，然后在空氣氣氛中500～600℃焙燒1小時，冷卻至室溫，得到gan納米顆粒。

上述的硝酸鎵和三聚氰胺的質(zhì)量比優(yōu)選為1:1～1:2。

上述制備方法中，優(yōu)選先在惰性氣氛下800～850℃焙燒1～2小時，然后在空氣氣氛中530～570℃焙燒1小時。

本發(fā)明所用原料易得，成本低廉，制備工藝簡單，可操作性強，合成gan納米顆粒純度高，具有工業(yè)化應用前景。

附圖說明

圖1是實施例1制備的gan納米顆粒的xrd譜圖。

圖2是實施例1制備的gan納米顆粒的sem圖。

圖3是實施例2制備的gan納米顆粒的xrd譜圖。

圖4是實施例2制備的gan納米顆粒的sem圖。

圖5是實施例2制備的gan納米顆粒的edx譜圖。

圖6是實施例3制備的gan納米顆粒的xrd譜圖。

圖7是實施例3制備的gan納米顆粒的sem圖。

圖8是實施例3制備的gan納米顆粒的fetem譜圖。

圖9是圖8的局部放大圖。

圖10是圖9的局部放大圖。

圖11是實施例4制備的gan納米顆粒的xrd譜圖。

圖12是實施例5制備的gan納米顆粒的xrd譜圖。

圖13是實施例6制備的gan納米顆粒的xrd譜圖。

圖14是實施例7制備的gan納米顆粒的xrd譜圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍不僅限于這些實施例。

實施例1

將1g硝酸鎵和1g三聚氰胺充分研磨混合均勻后放入瓷舟中，在氮氣氣氛下800℃焙燒1小時，然后降溫至550℃，并停止通氮氣，在空氣氣氛中恒溫焙燒1小時，自然冷卻至室溫，得到gan納米顆粒。

實施例2

將1g硝酸鎵和2g三聚氰胺充分研磨混合均勻后放入瓷舟中，在氮氣氣氛下800℃焙燒1小時，然后降溫至550℃，并停止通氮氣，在空氣氣氛中恒溫焙燒1小時，自然冷卻至室溫，得到gan納米顆粒。

實施例3

將1g硝酸鎵和4g三聚氰胺充分研磨混合均勻后放入瓷舟中，在氮氣氣氛下800℃焙燒1小時，然后降溫至600℃，并停止通氮氣，在空氣氣氛中恒溫焙燒1小時，自然冷卻至室溫，得到gan納米顆粒。

實施例4

將1g硝酸鎵和4g三聚氰胺充分研磨混合均勻后放入瓷舟中，在氮氣氣氛下700℃焙燒1小時，然后降溫至550℃，并停止通氮氣，在空氣氣氛中恒溫焙燒1小時，自然冷卻至室溫，得到gan納米顆粒。

實施例5

將1g硝酸鎵和4g三聚氰胺充分研磨混合均勻后放入瓷舟中，在氮氣氣氛下900℃焙燒1小時，然后降溫至500℃，并停止通氮氣，在空氣氣氛中恒溫焙燒1小時，自然冷卻至室溫，得到gan納米顆粒。

實施例6

將1g硝酸鎵和4g三聚氰胺充分研磨混合均勻后放入瓷舟中，在氮氣氣氛下850℃焙燒2小時，然后降溫至550℃，并停止通氮氣，在空氣氣氛中恒溫焙燒1小時，自然冷卻至室溫，得到gan納米顆粒。

實施例7

將1g硝酸鎵和4g三聚氰胺充分研磨混合均勻后放入瓷舟中，在氮氣氣氛下800℃焙燒4小時，然后降溫至550℃，并停止通氮氣，在空氣氣氛中恒溫焙燒1小時，自然冷卻至室溫，得到gan納米顆粒。

發(fā)明人采用x-射線衍射儀、冷場發(fā)射掃描電鏡、場發(fā)射透射電子顯微鏡-edx對實施例1～7制備的樣品進行表征，結(jié)果見圖1～14。由xrd圖可見，在31.98°、33.80°、35.37°附近出現(xiàn)的譜峰分別歸屬為gan的(100)、(002)、(101)晶面的特征衍射峰，表明樣品為六方結(jié)構(gòu)的gan。tem-edx能譜中g(shù)a和n信號進一步證明得到的產(chǎn)物為gan。此外，從sem和fetem圖中可以看到，制備出的gan納米顆粒尺寸均在10～30nm，并且從高分辨圖中可以明顯看到規(guī)整的gan晶格條紋，表明其結(jié)晶度良好。