氧化镓的别名是三氧化二镓,氧化镓(Ga2O3)是一种宽禁带半导体,Eg=4.9eV,其导电性能和发光特性长期以来一直引起人们的注意。Ga2
臭氧是一种透明的氧化物半导体材料,在光电子器件方面有广阔的应用前景,被用作于Ga基半导体材料的绝缘层,以及紫外线滤光片。它还可以用作O2
化学探测器。
物质概况
中文同义词:三氧化二镓;氧化镓(Ⅲ);氧化镓, 99.999% (METALS BASIS);氧化镓, PURATRONIC|R, 99.999% (METALS BASIS);氧化镓, 99.995% (METALS BASIS);氧化镓, 99.99% (METALS BASIS);氧化镓 (METALS BASIS);
英文同义词:
镓 SESQUIOXIDE;GALLIUM
氧化物;GALLIUM(III) OXIDE;GALLIUM(+3)OXIDE;Digallium trioxide;digalliumtrioxide;Ga-O;Gallia;
CAS号:12024-21-4;
EINECS号:234-691-7;
相关类别:镓金属和陶瓷科学;氧化物;
催化和
无机化学;化学合成;镓;金属氧化物;
同分异构体
氧化镓(III),即三氧化二镓,是镓的
氧化物中最稳定的。在空气中加热
镓使之氧化,或在200-250℃时焙烧
硝酸镓、
氢氧化镓以及某些镓的化合物都可形成GaO。
GaO 有五种同分异构体:α,β,γ,δ,ε,其中最稳定的是β-异构体,当加热至1000℃以上或水热条件(即湿法)加热至300℃以上时,所有其他的异构体都被转换为β-异构体。可采用各自不同的方法制得各种纯的异构体。
把金属镓在空气中加热至420~440℃;焙烧
硝酸盐使之分解或加热氢氧化镓至500℃等都可制得α-GaO。
快速加热
氢氧化物凝胶至400~500℃可值得γ-GaO,γ-GaO具有缺陷的尖晶石结构。
在250℃加热硝酸镓然后在约200℃浸溃12小时,可制得δ-GaO,它类似于InO、TlO、MnO和LnO的C-结构。
在550℃短暂加热(约30分钟)δ-Ga2O3可制得ε-GaO。
将硝酸盐、醋酸盐、
草酸盐或其他镓的化合物以及GaO的任意其他异构体加热至1000℃以上均可分解或转化为β-GaO。
物理性质
白色三角形的结晶颗粒。不溶于水。微溶于热酸或碱溶液。
熔点1900℃(在600℃时转化为β型)。
物性数据:
性状:α-GaO为
六方晶系型,β-GaO属于
单斜晶系晶型。
熔点(ºC):1740
溶解性:不溶于水。微溶于热酸或碱溶液。
化学性质
GaO能与
氟气反应,生成GaF,GaO溶于50%的HF中得到产物GaF·3HO。GaO能溶于微热的稀硝酸、
稀盐酸和
硫酸中。经过灼烧的GaO不溶于这些酸甚至于浓硝酸,也不溶于
强碱的
水溶液中,只能通过
氢氧化钠、
氢氧化钾或KHSO4和KSO一起熔融才能使它溶解。与过量两倍的NHCl在250℃一起熔融生成
氯化镓。在红热时,GaO与
石英反应形成玻璃体,但冷却时没有新化合物生成。红热时也能和上釉的瓷埚发生反应。
在加热的条件下,GaO能与许多金属
氧化物发生反应。现已测定了
碱金属氧化物反应(高于400℃)所得到的
镓酸盐M(I)GaO的
晶体结构,与AlO和LnO一样,它与MgO、ZnO、CoO、NiO和CuO反应能形成尖晶石型的M(II)GaO。与三价金属氧化物反应的产物M(III)GaO通常有
钙钛矿或
石榴石型结构(如系镓酸盐LnGaO)。而且有更为复杂的三元氧化物。人们研究过有关用于激光、
磷光和发光材料的镓的混合氧化物。认为镓酸盐的发光性质归之于氧的空缺。因为FeGaO有令人感兴趣的电磁性质(即压电性和铁磁性),所以它的合成、稳定性和
晶体结构已被人们广泛地研究。
Ga-xFeO(x≈1)属于正交
晶体,晶胞参数是:a=8.75A,b=9.40A,c=5.07A,配位数为8,
熔融温度是1750℃,密度是5.53g/cm 。NiO·Fe-xGaO的磁性和晶体结构也被研究过。
生态数据
通常对水体是稍微有害的,不要将未稀释或大量产品接触地下水,水道或污水系统,未经政府许可勿将材料排入周围环境。
化学数据
2、氢键受体数量:3
4、拓扑分子极性表面积(TPSA):43.4
5、重原子数量:5
6、表面电荷:0
7、复杂度:34.2
9、确定原子立构中心数量: 0
10、不确定原子立构中心数量:0
11、确定化学键立构中心数量:0
12、不确定化学键立构中心数量:0
制备
1.向三氯化镓GaCl的热水溶液中加NaHCO的高浓热水溶液,煮沸到镓的
氢氧化物全部沉淀出来为止。用热水洗涤沉淀至没有Cl 为止,在600℃以上煅烧则得到β-GaO。残留NHCl时,在250℃就和GaO反应,生成挥发性GaCl。
2.这是高纯GaO的制法。以高纯金属Ga为阳极,溶解于5%~20%HSO溶液里,向溶液加
氨水,冷却,将Ga(NH)(SO)反复结晶,在105℃干燥,在过量氧的条件下在800℃灼烧2h,则得到纯度为99.99%~99.9999%的产品。
3.称取1kg99.9999%的
高纯镓放入三颈烧瓶中,加入高纯
硝酸,使镓全部溶解,然后过滤,滤液倒入三颈烧瓶中,移至电炉上蒸发(在通风橱中进行),浓缩到接近结晶时,将溶液移置于大号蒸发皿中蒸发至干。将蒸干的Ga(NO)放在马弗炉中进行灼烧,温度控制在550℃,灼烧5h,待冷却后取出成品,得1.2kg高纯氧化镓。
氧化镓纳米棒
引言
具有固定的尺寸和形状的一维半导体纳米结构如纳米线,纳米棒,纳米管等,由于具有独特的结构、光学和电学等特性,在光学
催化、
锂离子电池、紫外探测器和气体传感器等方面具有广泛的应用。β-GaO是一种禁带宽度在4.7-4.9eV的宽禁带半导体
氧化物,具有良好的热稳定性和
化学稳定性,在大功率,高电压和高
电流密度的设备上具有良好的应用前景。此外还具有导电和发光特性,在高温气体传感器和透明导电光电器件上应用广泛。一维半导体纳米结构材料由于具有新奇的特性在纳米器件中具有潜在的应用价值,因此一维氧化镓纳米材料的制备及其结构表征受到人们的极大关注。
一维 β-GaO纳米结构(纳米线,纳米片,纳米棒等)已被大量合成,制备的方法有热蒸发,激光烧蚀法,金属有机化学
气相沉积法和水热法等。目前一维氧化镓纳米材料的生长主要遵循 VLS和VS生长机制,另外Au 或者Pt 等催化剂也被成功用于促进纳米材料的生长。
以简单的
碳热还原法成功制备出了 GaO纳米棒,这种纳米棒状结构在
集成电路中可能具有潜在的应用。
实验
氧化镓纳米结构的合成是在管式高温扩散炉中进行.首先是将硅片(基底)镀金,镀金之前先将硅片依次用丙、
乙醇和去离子水进行超声水洗,然后放置在
烘箱中烘干,最后利用磁控溅射仪溅射沉积厚度约为20nm的金薄膜即可.实验原材料是氧化镓粉末,和碳粉按照 1:2的质量比混合,放置在
石英舟中,在距混合粉末1.5cm左右处摆放镀金的硅片,根据
氮气流的方向,以混合粉末在石英舟上游,硅片在下游的顺序将石英舟缓慢推进高温扩散炉的的石英管的中心.设定加热程序,将扩散炉加热到1300℃并保温60min,然后取出自然冷却到室温,可以看到硅片上有大量的白色絮状物。最后将所得的样品用
sem、TEM、XRD 等进行表征。
通过以上检测结果分析,可以确定所制备的样品为β-GaO纳米棒,其生长遵循VLS 生长机制:在1300℃ 的高温下,基底中的 Si 原子与基底上的Au 原子熔融形成
硅Au合金液滴。GaO粉末与碳粉发生碳热还原反应生成GaO蒸汽,随着 N输送并沉积到基底表面,此时基底表面的合金液滴开始不断的吸收GaO,当合金液滴达到饱和状态便会析出GaO,随着反应的不断进行,饱和的合金液滴不断的析出GaO,在顶部牵引着 GaO 纳米结构的生长。当反应一段时间取出石英舟时,GaO迅速被空气中的O氧化生成 GaO,形成 GaO纳米结构。
应用
用作高纯分析试剂、用于电子工业半导体材料制备。
参考资料
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