專利名稱：一種生長ZnS單晶納米線束的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米結(jié)構(gòu)生長領(lǐng)域，是一種在表面活性劑作用下使用溶劑熱法生長ZnS單晶納米線的方法。
背景技術(shù)：
ZnS是一種典型的直接寬禁帶II-VI族化合物半導(dǎo)體，室溫下它的帶隙寬度為3.66eV。它具有優(yōu)越的發(fā)光性能，是一種重要的發(fā)光材料。當(dāng)ZnS達(dá)到納米材料尺度時，它能夠呈現(xiàn)明顯的量子尺寸效應(yīng)。由于ZnS有以上重要的光學(xué)特性，它被廣泛應(yīng)用于非線性光學(xué)器件、發(fā)光二極管、場效應(yīng)晶體管、太陽能電池、紅外窗口材料、染料、催化劑、傳感器的制作中。 半導(dǎo)體材料的性能是由它的結(jié)構(gòu)所決定的，因此尺寸、形貌、晶體取向上的不同，會導(dǎo)致半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電性能的改變。納米材料的生長與形貌的控制已經(jīng)成為人們研究的熱點。在納米材料中， 一維納米材料，包括納米線、納米棒等都有重要的技術(shù)應(yīng)用前景。 目前已有的眾多生長一維ZnS納米結(jié)構(gòu)的方法，如電化學(xué)法、熱蒸發(fā)法、軟模板法、化學(xué)氣相沉積法、溶劑熱法等。 電化學(xué)法如X丄Xu小組在氧化鋁模板上利用電化學(xué)法制備出高度有序的ZnS納米線陣列。參閱Phys丄ett.A 2008年第372期第273-276頁。 熱蒸發(fā)法K T Ramakrishna Reddy小組采用近距離熱蒸發(fā)法在真空度為5X10-、a制得ZnS薄膜并研究了生長速率對薄膜的微結(jié)構(gòu)及光電性能的影響，參閱J.Phys.D.Appl.Phy.2007年第40期第5275-5282頁。 軟模板法如C.B.Cao小組以Triton X-100作為表面活性劑使用軟模板法成功制得了 ZnS納米管，參閱科學(xué)通報2004年4月第49巻第7期629-632頁。
化學(xué)氣相沉積法在制備ZnS納米棒、納米線等結(jié)構(gòu)方面也有著廣泛的應(yīng)用，S.T丄ee小組在以Ar/H2(H2 5 % )為載氣條件下制得大面積ZnS納米帶，參閱Adv.Mater.2003年第15期第323-327頁；Z丄.Wang等以ZnS粉為源Ar氣為載氣制得纖鋅礦結(jié)構(gòu)ZnS納米帶、納米梳及風(fēng)車狀結(jié)構(gòu)ZnS，參閱Adv.Mater.2003年第15期第228-231頁。
溶劑熱法是利用濕化學(xué)法直接合成納米材料的有效方法之一，它為前驅(qū)物的反應(yīng)和結(jié)晶提供了在常壓條件下無法得到的特殊的物理、化學(xué)環(huán)境。F丄u小組在Zn箔上用溶劑熱法制備出形貌規(guī)則的ZnS納米帶陣列，參閱J.Phys.Chem.C 2007年第111期第13385頁；L丄.Chai小組在乙二胺和水的混合溶劑中得到了發(fā)光性能較好的ZnS納米線，參閱J.Phys.Chem.C 2007年第111期第12658-12662頁；W.P.Cai小組在Zn箔上利用溶劑熱法制備出具有較好場發(fā)射性質(zhì)的ZnS納米帶陣列，參閱Appl.Phys丄ett.2006年第89期第231928頁。 由以上報道可以看出熱蒸發(fā)法主要用于制備膜或金屬氧化物納米棒，關(guān)于生長ZnS納米線的報道非常少。軟模板法操作過程復(fù)雜，對反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度、濃度的要求較高，不容易控制。化學(xué)氣相沉積法在制備ZnS納米線的過程中需要載氣，且溫度的高低和氣流的大小對產(chǎn)物的影響很大，因此這種方法控制ZnS納米線的生長較為復(fù)雜。相對以上方法而言，溶劑熱法制樣過程相對較快，操作過程簡單，容易控制，可重復(fù)性好、成本低、無環(huán)境污染。另外此法可與工業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，因此在工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用方面，有很大的發(fā)展?jié)摿Α?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種表面活性劑輔助下溶劑熱法生長ZnS納米線束的方法。
本發(fā)明是通過以下工藝過程實現(xiàn)的 本實驗所用試劑均為分析純，且未經(jīng)進(jìn)一步提取直接使用。以聚乙烯吡咯烷酮PVP作為表面活性劑，其質(zhì)量為0.3g。用水合肼作為溶劑，其體積為40ml。以醋酸鋅Zn(CH3COO)2'2H20作為鋅源，以硫脲(NH2)2CS作為硫源，按摩爾比l : 4依次加入溶有表面活性劑的水合肼中。然后將反應(yīng)釜置于烘箱中，反應(yīng)時間為6h-48h，反應(yīng)溫度為12(TC-18(TC;反應(yīng)結(jié)束后在6(TC的真空干燥箱中干燥6h以收集產(chǎn)物。在此溫度和時間條件下均得到了纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnS納米線束。
所述納米結(jié)構(gòu)為長度為0.5-1 iim，直徑為10-20nm的納米線束。
本發(fā)明制備出的ZnS納米線束為纖鋅礦結(jié)構(gòu)，XRD如圖1 ;透射電鏡圖，高分辨透射電鏡圖如圖2，圖3和圖4所示；本發(fā)明方法簡單，使用簡單溶劑法， 一步得到了單晶ZnS納米線束，獲得的ZnS納米線束具有結(jié)晶性好、分散性好、形貌較均勻等特點。同時，本發(fā)明的方法簡單，易于推廣，適合于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。


圖1實施例3產(chǎn)品的XRD圖譜。
圖2實施例3產(chǎn)品的透射電鏡圖片。
圖3實施例3產(chǎn)品的透射電鏡圖片。
圖4實施例3產(chǎn)品的高倍透射電鏡圖片。
具體實施方式
實施例1 以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)0.3g作為表面活性劑，將其加入盛有40ml水合肼的反應(yīng)釜中，并放入磁子攪拌；然后將醋酸鋅和硫脲以1(0.220g) : 4(0.304g)的摩爾比依次加入反應(yīng)釜中，并用磁子攪拌。攪拌充分后，將反應(yīng)釜放入16(TC的烘箱中反應(yīng)48h。產(chǎn)物洗滌后在6(TC的真空干燥箱中干燥6h以收集產(chǎn)物。XRD分析結(jié)果表明所得產(chǎn)物為纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnS。
實施例2 以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)0.3g作為表面活性劑，將其加入盛有40ml水合肼的反應(yīng)釜中，并放入磁子攪拌；然后將醋酸鋅和硫脲以1(0.220g) : 4(0.304g)的摩爾比依次加入反應(yīng)釜中，并用磁子攪拌。攪拌充分后，將反應(yīng)釜放入16(TC的烘箱中反應(yīng)36h。產(chǎn)物洗滌后在6(TC的真空干燥箱中干燥6h以收集產(chǎn)物。XRD分析結(jié)果表明所得產(chǎn)物為纖
鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnS。 實施例3 以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)0.3g作為表面活性劑，將其加入盛有40ml水合肼的反 應(yīng)釜中，并放入磁子攪拌；然后將醋酸鋅和硫脲以1(0.220g) : 4(0.304g)的摩爾比依次加 入反應(yīng)釜中，并用磁子攪拌。攪拌充分后，將反應(yīng)釜放入16(TC的烘箱中反應(yīng)24h。產(chǎn) 物洗滌后在6(TC的真空干燥箱中干燥6h以收集產(chǎn)物。XRD分析結(jié)果表明所得產(chǎn)物為纖 鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnS，如圖1所示。所述ZnS納米結(jié)構(gòu)形狀規(guī)則，平均粒徑約10 20nm， 其透射電鏡圖片如圖2和圖3，高分辨透射電鏡圖片如圖4。
實施例4 以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)0.3g作為表面活性劑，將其加入盛有40ml水合肼的反 應(yīng)釜中，并放入磁子攪拌；然后將醋酸鋅和硫脲以1(0.220g) : 4(0.304g)的摩爾比依次加 入反應(yīng)釜中，并用磁子攪拌。攪拌充分后，將反應(yīng)釜放入16(TC的烘箱中反應(yīng)18h。產(chǎn) 物洗滌后在6(TC的真空干燥箱中干燥6h以收集產(chǎn)物。XRD分析結(jié)果表明所得產(chǎn)物為纖 鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnS。
實施例5 以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)0.3g作為表面活性劑，將其加入盛有40ml水合肼的反 應(yīng)釜中，并放入磁子攪拌；然后將醋酸鋅和硫脲以1(0.220g) : 4(0.304g)的摩爾比依次加 入反應(yīng)釜中，并用磁子攪拌。攪拌充分后，將反應(yīng)釜放入16(TC的烘箱中反應(yīng)12h。產(chǎn) 物洗滌后在6(TC的真空干燥箱中干燥6h以收集產(chǎn)物。XRD分析結(jié)果表明所得產(chǎn)物為纖 鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnS。
實施例6 以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)0.3g作為表面活性劑，將其加入盛有40ml水合肼的反 應(yīng)釜中，并放入磁子攪拌；然后將醋酸鋅和硫脲以1(0.220g) : 4(0.304g)的摩爾比依次加 入反應(yīng)釜中，并用磁子攪拌。攪拌充分后，將反應(yīng)釜放入16(TC的烘箱中反應(yīng)6h。產(chǎn)物 洗滌后在6(TC的真空干燥箱中干燥6h以收集產(chǎn)物。XRD分析結(jié)果表明所得產(chǎn)物為纖鋅 礦結(jié)構(gòu)的ZnS。
實施例7 以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)0.3g作為表面活性劑，將其加入盛有40ml水合肼的反 應(yīng)釜中，并放入磁子攪拌；然后將醋酸鋅和硫脲以1(0.220g) : 4(0.304g)的摩爾比依次加 入反應(yīng)釜中，并用磁子攪拌。攪拌充分后，將反應(yīng)釜放入18(TC的烘箱中反應(yīng)24h。產(chǎn) 物洗滌后在6(TC的真空干燥箱中干燥6h以收集產(chǎn)物。XRD分析結(jié)果表明所得產(chǎn)物為纖 鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnS。
實施例8 以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)0.3g作為表面活性劑，將其加入盛有40ml水合肼的反 應(yīng)釜中，并放入磁子攪拌；然后將醋酸鋅和硫脲以1(0.220g) : 4(0.304g)的摩爾比依次加 入反應(yīng)釜中，并用磁子攪拌。攪拌充分后，將反應(yīng)釜放入14(TC的烘箱中反應(yīng)24h。產(chǎn) 物洗滌后在6(TC的真空干燥箱中干燥6h以收集產(chǎn)物。XRD分析結(jié)果表明所得產(chǎn)物為纖 鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnS。
實施例9 以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)0.3g作為表面活性劑，將其加入盛有40ml水合肼的反 應(yīng)釜中，并放入磁子攪拌；然后將醋酸鋅和硫脲以l(0.220g) : 4(0.304g)的摩爾比依次加 入反應(yīng)釜中，并用磁子攪拌。攪拌充分后，將反應(yīng)釜放入12(TC的烘箱中反應(yīng)24h。產(chǎn) 物洗滌后在6(TC的真空干燥箱中干燥6h以收集產(chǎn)物。XRD分析結(jié)果表明所得產(chǎn)物為纖 鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnS。
權(quán)利要求
一種表面活性劑輔助下溶劑熱法生長ZnS單晶納米線的方法，其特征在于通過以下工藝過程實現(xiàn)以聚乙烯吡咯烷酮PVP作為表面活性劑，其質(zhì)量為0.3g。用水合肼作溶劑，其體積為40ml。以醋酸鋅Zn(CHC3OO)2·2H2O作為鋅源，以硫脲(NH2)2CS作為硫源，按摩爾比1∶4依次加入溶有表面活性劑的水合肼中。然后將反應(yīng)釜置于烘箱中，反應(yīng)時間為6h-48h，反應(yīng)溫度為120℃-180℃；反應(yīng)結(jié)束后在60℃的真空干燥箱中干燥6h以收集產(chǎn)物。在此溫度和時間條件下得到了纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnS單晶納米線束。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所用生長裝置是反應(yīng)釜。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所用的溫度是12(TC-18(TC。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，反應(yīng)的時間是6h-48h。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所用的表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所用的反應(yīng)源為醋酸鋅Zn(CH3COO)2 2H20和硫脲(NH2)2CS。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所用的反應(yīng)溶劑為水合肼。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，產(chǎn)物干燥用的是真空干燥箱。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種表面活性劑輔助溶劑熱法生長半導(dǎo)體化合物ZnS單晶納米線束的方法，是通過以下工藝過程實現(xiàn)的以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為表面活性劑，其質(zhì)量為0.3g。用水合肼作溶劑，其體積為40ml。以醋酸鋅Zn(CH3COO)2·2H2O作為鋅源，以硫脲(NH2)2CS作為硫源，按摩爾比1∶4依次加入溶有表面活性劑的水合肼中。然后將反應(yīng)釜置于烘箱中，反應(yīng)時間為6h-48h，反應(yīng)溫度為120℃-180℃；反應(yīng)結(jié)束后在60℃的真空干燥箱中干燥6h以收集產(chǎn)物。在此溫度和時間條件下得到了纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnS單晶納米線束。本發(fā)明方法簡單，易于推廣，適合于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號B82B3/00GK101691241SQ20091011348
公開日2010年4月7日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日
發(fā)明者劉前霞, 吳 榮, 孫言飛, 封麗, 簡基康, 邊延龍, 陶樂天 申請人:新疆大學(xué)