本發(fā)明屬于納米材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種硒化鋅空心微米球的制備方法。

背景技術(shù)：

硒化鋅是一種重要的ⅱ-ⅳ族半導(dǎo)體材料，在室溫下其禁帶寬度為460nm，具有優(yōu)異的光學(xué)及光電學(xué)等特性，在光致發(fā)光器件、太陽能電池和藍(lán)綠光發(fā)光二極管等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景?？招奈⒚浊蚓哂歇?dú)特結(jié)構(gòu)和功能，在醫(yī)藥、制藥、材料科學(xué)和涂料行業(yè)具有特殊的應(yīng)用．由于其中空結(jié)構(gòu)，包裹一些客體大分子—產(chǎn)品封裝，防止有毒物質(zhì)、化妝品、燃料、油墨的揮發(fā)，同時(shí)還保護(hù)一些光敏感元件、材料、涂料等。空心微米球狀結(jié)構(gòu)，具有內(nèi)部空間比例大，比表面積高，密度低，折射率低等特性。因此硒化鋅(znse)空心微米球在微反應(yīng)器、催化劑、光子晶體和可控緩釋技術(shù)、高性能鋰離子電池、醫(yī)藥學(xué)、材料科學(xué)、燃料工業(yè)等領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景，還可作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、隔熱、隔聲和電絕緣材料等。

znse微米球通過多種方法制備，如水熱反應(yīng)法、熱蒸發(fā)法、熱溶劑法等。上述制備過程反應(yīng)耗時(shí)長，產(chǎn)量小，甚至需要添加反應(yīng)催化劑，導(dǎo)致成本過高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種硒化鋅空心微米球的制備方法，其能夠通過一種新型的物理方法來克服硒化鋅納米材料制備過程中的困難和缺點(diǎn)，其制備過程簡單、產(chǎn)量高、樣品純度高，降低成本。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：一種硒化鋅空心微米球的制備方法，其特征在于，其包括以下步驟：

步驟一、將硒粉、鋅粉按摩爾比1：1比例混合均勻，壓成密度為2~3g/cm³的混合粉的壓塊；

步驟二、將壓塊置于石墨鍋內(nèi)，放入直流電弧放電裝置的反應(yīng)室內(nèi)的銅鍋陽極中，鎢棒陰極與銅鍋陽極相對放置；

步驟三、將反應(yīng)室抽成真空后充入氮?dú)?，氮?dú)鈿鈮簽?0~40kpa，銅鍋通入循環(huán)冷卻水，開始放電；

步驟四、在放電過程中保持電壓為20~40v，電流為80~120a，反應(yīng)1~2分鐘；

步驟五、在氮?dú)猸h(huán)境中鈍化6～8小時(shí)，石墨鍋中收集黃色絮狀物為硒化鋅空心微米球。

優(yōu)先地，所述反應(yīng)原料為硒粉、鋅粉，且摩爾比為1：1。

優(yōu)先地，所述氬氣氣壓為30kpa。

優(yōu)先地，所述放電過程中，保持電壓為30v，電流為80a，反應(yīng)為2分鐘。

優(yōu)選地，所述步驟三，在銅鍋通入循環(huán)冷卻水，其為制備硒化鋅空心微米球的關(guān)鍵，能在反應(yīng)結(jié)束后使石墨堝的溫度迅速下降，樣品沉積的區(qū)域與反應(yīng)源有較大的溫度梯度，放電時(shí)反應(yīng)腔產(chǎn)生高溫，由于冷卻水的作用使冷凝壁和石墨堝與電弧源產(chǎn)生溫度梯度，從而得到高純度的硒化鋅空心微米球。

優(yōu)選地，所述直流電弧放電裝置包括外玻璃罩、冷凝壁、由鎢棒構(gòu)成的陰極、由銅鍋構(gòu)成的陽極、銅鍋中用于放置反應(yīng)初始原料的石墨鍋、電焊機(jī)。進(jìn)水口、出水口、進(jìn)氣口、出氣口，冷凝壁、陰極、陽極都位于外玻璃罩與不銹鋼底座封閉真空腔內(nèi)，進(jìn)水口、出水口、進(jìn)氣口、出氣口都與不銹鋼底座相連，由銅鍋構(gòu)成的陽極與銅鍋中用于放置反應(yīng)初始原料的石墨鍋相連，直流電弧裝置的陽極和陰極分別同外置電焊機(jī)的陽極和陰極相連。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：本發(fā)明能夠利用直流電弧放電裝置制備硒化鋅空心微米球具有方法新穎簡單、反應(yīng)快速、低成本、無污染、產(chǎn)量大、樣品純度高、可重復(fù)性好、無需添加任何催化劑、模板、基底等優(yōu)點(diǎn)，制備的產(chǎn)品在太陽能電池的吸收層、光電子器件、近紅外探測器、鋰電池陽極、半導(dǎo)體傳感器領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明使用的直流電弧放電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是實(shí)施例1制得的znse空心微米球的掃描電子顯微鏡圖。

圖3是實(shí)施例1制得的znse空心微米球的掃描電子顯微鏡圖。

圖4是實(shí)施例1制得的znse空心微米球的x射線衍射圖。

圖5是實(shí)施例1制得的znse空心微米球的能量彌散x射線譜圖。

圖6是實(shí)施例2制得的znse空心微米球的掃描電子顯微鏡圖。

圖7是實(shí)施例2制得的znse空心微米球的x射線衍射圖。

圖8是實(shí)施例3制得的znse空心微米球的掃描電子顯微鏡圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

本發(fā)明硒化鋅空心微米球的制備方法包括以下步驟：

步驟一、將硒粉、鋅粉按摩爾比1：1比例混合均勻，壓成密度為2~3g/cm³的混合粉的壓塊；

步驟二、將壓塊置于石墨鍋內(nèi)，放入直流電弧放電裝置的反應(yīng)室內(nèi)的銅鍋陽極中，鎢棒陰極與銅鍋陽極相對放置；

步驟三、將反應(yīng)室抽成真空后充入氮?dú)猓獨(dú)鈿鈮簽?0~40kpa，銅鍋通入循環(huán)冷卻水，開始放電；具體是在銅鍋陽極和冷凝壁中通入循環(huán)冷卻水。

步驟四、在放電過程中保持電壓為20~40v，電流為80~120a，反應(yīng)1~2分鐘；

步驟五、在氮?dú)猸h(huán)境中鈍化6～8小時(shí)，石墨鍋中收集黃色絮狀物為硒化鋅空心微米球。硒化鋅空心微米球?yàn)榱⒎较辔\空心微米球，這樣方便使用。在氮?dú)猸h(huán)境中鈍化6～8小時(shí)可以防止硒化鋅空心微米球的氧化和形貌改變。

所述步驟三中，在銅鍋中通入循環(huán)冷卻水，其為制備znse空心微米球的關(guān)鍵，能在反應(yīng)結(jié)束后使石墨堝的溫度迅速下降，樣品沉積的區(qū)域與反應(yīng)源有較大的溫度梯度，放電時(shí)反應(yīng)腔產(chǎn)生高溫，由于冷卻水的作用使冷凝壁和石墨堝與電弧源產(chǎn)生溫度梯度，從而得到高純度的znse空心微米球。

如圖1所示，所述直流電弧放電裝置包括外玻璃罩、冷凝壁、由鎢棒構(gòu)成的陰極、由銅鍋構(gòu)成的陽極、銅鍋中用于放置反應(yīng)初始原料的石墨鍋、電焊機(jī)。進(jìn)水口、出水口、進(jìn)氣口、出氣口，冷凝壁、陰極、陽極都位于外玻璃罩與不銹鋼底座封閉真空腔內(nèi)，進(jìn)水口、出水口、進(jìn)氣口、出氣口都與不銹鋼底座相連，由銅鍋構(gòu)成的陽極與銅鍋中用于放置反應(yīng)初始原料的石墨鍋相連，直流電弧裝置的陽極和陰極分別同外置電焊機(jī)的陽極和陰極相連。這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低，使用方便。

實(shí)施例1

將鋅(zn)粉、硒(se)粉按照摩爾比為1：1的比例放入混料機(jī)中混合均勻。取出4g的混合粉，使用壓片機(jī)壓塊，壓成直徑為1.8cm、高為0.5cm的圓柱體，具體是密度為2.5g/cm³的混合粉的壓塊；將壓成的混合粉的壓塊放入石墨鍋，再放入直流電弧放電裝置的反應(yīng)室內(nèi)的陽極中；直流電弧放電裝置的陽極為銅鍋，銅鍋內(nèi)放置有共同作為陽極的電極石墨鍋，陰極為鎢電極，鎢棒陰極與銅鍋陽極相對放置；將直流電弧放電裝置的反應(yīng)室抽成真空（小于5pa），然后充入10kpa（氣壓）氮?dú)?，銅鍋通入循環(huán)冷卻水，開始放電；在放電過程中保持電壓為20v，電流為100a，反應(yīng)1分鐘；再在氮?dú)猸h(huán)境中鈍化7小時(shí)，然后在石墨堝中收集黃色的znse空心微米球。

圖2給出上述條件制備的znse空心微米球的掃描電子顯微鏡圖，可以看出樣品為微米球，部分球損壞可以看出微米球?yàn)榭招?。微米球直徑?-5μm.圖3給出上述條件制備的znse空心微米球的高倍掃描電子顯微鏡圖，可以看出空心微米球的壁由納米顆粒組成，納米顆粒的直接為200nm。圖4給出上述條件制備的納米帶的能量彌散x射線譜圖，可以得出納米片是zn和se兩種元素組成，并且元素的原子比例為1：1。圖5給出上述條件制備的znse空心微米球的x射線衍射譜圖，證明樣品為純度高的立方相znse。

實(shí)施例2

將zn粉、se粉按照摩爾比為1：1比例放入混料機(jī)中混合均勻，取出4g的混合粉，使用壓片機(jī)壓塊，壓成直徑為1.8cm、高為0.5cm的圓柱體，具體是密度為2g/cm³的混合粉的壓塊；將壓成的混合粉的壓塊放入石墨鍋內(nèi)，再放入直流電弧放電裝置的反應(yīng)室內(nèi)陽極中。電弧放電裝置的陽極為銅鍋，銅鍋內(nèi)放置有共同作為陽極的電極石墨鍋，陰極為鎢棒電極，鎢棒陰極與銅鍋陽極相對放置；將直流電弧放電裝置的反應(yīng)室抽成真空（小于5pa），然后充30kpa（氣壓）氮?dú)?，銅鍋通入循環(huán)冷卻水，開始放電；在放電過程中，保持電壓為40v，電流為120a，反應(yīng)2分鐘后，再在氮?dú)猸h(huán)境中鈍化6小時(shí)，在冷凝壁上收集黃色絮狀物的znse樣品。圖6給出上述條件制備的znse的掃描電子顯微鏡圖，確認(rèn)制得znse為納米顆粒。圖7給出上述條件制備的znse空心微米球的x射線衍射譜圖，證明樣品為立方相和六角相混合的znse。

實(shí)施例3

將zn粉、se粉按照摩爾比為1：1放入混料機(jī)中混合均勻，取出5g的混合粉，使用壓片機(jī)壓塊，壓成直徑為3cm、高為3cm的圓柱體，具體是密度為3g/cm3的混合粉的壓塊；將壓成的混合粉的壓塊放入石墨鍋內(nèi)，再放入直流電弧放電裝置的反應(yīng)室內(nèi)陽極中。電弧放電裝置的陽極為銅鍋，銅鍋內(nèi)放置有共同作為陽極的電極石墨鍋，陰極為鎢棒電極，鎢棒陰極與銅鍋陽極相對放置；將直流電弧放電裝置的反應(yīng)室抽成真空（小于5pa），然后充40kpa（氣壓）氮?dú)猓~鍋通入循環(huán)冷卻水，開始放電，在放電過程中，保持電壓為30v，電流為80a；反應(yīng)1.5分鐘后，再在氮?dú)猸h(huán)境中鈍化8小時(shí)，在石墨堝中收集的黃色絮狀物為znse樣品。圖7給出上述條件制備的znse的掃描電子顯微鏡圖，確認(rèn)制得的是znse空心微米球和微米顆粒。

本發(fā)明利用直流電弧放電裝置制備znse微米球具有方法新穎簡單、反應(yīng)快速、低成本、無污染、產(chǎn)量大、樣品純度高、可重復(fù)性好、無需添加任何催化劑、模板、基底等優(yōu)點(diǎn)，制備的產(chǎn)品在太陽能電池的吸收層、光電子器件、近紅外探測器、鋰電池陽極、半導(dǎo)體傳感器等領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。

以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。