一种硫化锌纳米线及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硫化锌纳米线及其制备方法，该方法包括在惰性气氛中，将硫源与衬底上的锌源接触并进行化学气相沉积，以在所述衬底上形成硫化锌纳米线，所述化学气相沉积的条件包括：温度为380-700℃，时间为40-160min，所述衬底表面沉积有锌源或者所述衬底由锌源形成。本发明专利技术方法的工艺简单，操作方便，易于实现大规模生产，与传统的化学气相沉积法制备硫化锌纳米线的方法相比，具有以下优势：（1）合成温度较低，这样不仅节约了能源，而且扩大了衬底材料的选择范围；（2）不需要使用催化剂，避免产物被催化剂颗粒污染的风险；（3）生长不需要特定的温度梯度，对设备的要求低，易于实现硫化锌纳米线的大面积均匀生长。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料制备领域，具体地，涉及一种硫化锌纳米线的制备方法以及由该方法制得的硫化锌纳米线。
技术介绍
半导体纳米材料是近年来纳米材料科学的研究热点之一。随着半导体材料的纳米化，纳米材料不仅能引起吸收波长与荧光发射发生蓝移，还能产生非线性光学效应，并增强纳米材料的氧化还原能力，具有更优异的光电催化活性。硫化锌(ZnS)是一种重要的I1-VI族直接带隙半导体，禁带宽度为3.6-3.8eV，具有优良的荧光效应及电致发光功能，纳米硫化锌更具有独特的光电效应，在电学、磁学、光学、力学和催化等领域呈现出许多优异的性能，因此纳米硫化锌的研究引起了更多人的重视。鉴于纳米硫化锌具有这些优异的性能和潜在的应用价值，人们已经开发出多种方法制备各种形貌的硫化锌纳米结构，如纳米颗粒、空心球、纳米棒、纳米带和纳米线等。其中，化学气相沉积(CVD)法是制备硫化锌纳米线的有效方法之一，不少研究小组已经采用该方法合成出一维硫化锌纳米结构[Wang Yff, Zhang LD, Liang CH, Wang GZ, andPeng XS，Chem.Phys.Lett.357(2002)314-8 ；Barrelet CJ,Wu Y,Bell DC,and Lieber CM,J.Am.Chem.Soc.125 (2003) 11498-9 ；Chai LL, Du J, Xiong SL, Li HB, Zhu YC, and QianYT,J.Phys.Chem.C.1ll (2007)12658-62 ；Shen GZ,Bando Y,Golberg D，Zhou Cff,J.Phys.Chem.C.112 (2008) 12299-303 ；ffang M, Fei GT, Zhu XG, Wu B, Kong MG, and Zhang LD,J.Phys.Chem.C.113 (2009) 4335-9 ；ffang XF, Xie Z, Huang HT, Liu Z, Chen D, and ShenGZ, J.Mater.Chem.22 (2012) 6845-50]，但是他们的制备方法存在下列的一种或多种问题:I)合成温度偏高(800-100(TC)，不仅不利于节约能源，而且很大程度上限制了可以用来生长硫化锌纳米线的衬底材料的范围；2) —般都需要采用金等贵金属作为催化剂，不仅增加了成本，而且导致制备出的硫化锌纳米结构含有催化剂颗粒，不易分离，从而影响硫化锌纳米结构的物理性质和应用价值；3)硫化锌纳米线的生长往往要求设备具有特定的温度梯度，对设备要求较高(例如要求使用多温区的管式炉)，而且难于实现硫化锌纳米线的大面积均匀生长。因此，探索一种合成温度较低、不需要使用催化剂和易燃易爆剧毒气体、操作方便、简单易行的制备硫化锌纳米线的方法具有重要的科学价值和实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种新的硫化锌纳米线的制备方法。为了实现上述目的，一方面，本专利技术提供了一种硫化锌纳米线的制备方法，该方法包括在惰性气氛中，将硫源与衬底上的锌源接触并进行化学气相沉积，以在所述衬底上形成硫化锌纳米线，所述化学气相沉积的条件包括:温度为380-700°C，时间为40-160min，所述衬底表面沉积有锌源或者 所述衬底由锌源形成。另一方面，本专利技术提供了由上述方法制得的硫化锌纳米线。本专利技术方法的工艺简单，操作方便，易于实现大规模生产，与传统的化学气相沉积法制备硫化锌纳米线的方法相比，具有以下优势:(I)合成温度较低，这样不仅节约了能源，而且扩大了衬底材料的选择范围；(2)不需要使用催化剂，避免产物被催化剂颗粒污染的风险；(3)生长不需要特定的温度梯度，对设备的要求低，易于实现硫化锌纳米线的大面积均匀生长。另外，本专利技术方法制得的硫化锌纳米线直径在30-50nm范围内，长度达数十微米，多为六方纤锌矿硫化锌纳米线结构，而且还存在少量共生的硫化锌纳米线。本专利技术的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。【附图说明】附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中:图1为实施例1-3制备硫化锌纳米线所用的化学气相沉积装置示意图；图2为本发 明硫化锌纳米线的能谱分析(EDS)谱图，谱图中的Cu、Ni等元素来自于收集EDX谱图的透射电镜的镜筒，少量的O元素通常被认为来自样品表面吸附的气体分子;图3为本专利技术硫化锌纳米线的扫描电子显微镜(SEM)照片；图4为显示本专利技术单晶六方硫化锌纳米线透射电子显微镜(TEM)照片；图5为显示本专利技术制得的纳米线中存在少量的共生硫化锌纳米线的透射电子显微镜(TEM)照片；图6为本专利技术硫化锌纳米线的光致发光光谱图，激发波长为325nm ；图7为本专利技术硫化锌纳米线的扫描电子显微镜(SEM)照片；图8为本专利技术硫化锌纳米线的扫描电子显微镜(SEM)照片；图9为对比例3制备的硫化锌纳米线的扫描电子显微镜(SEM)图片；图10为利用硫粉制备的硫化锌纳米线(对应实施例5)的扫描电子显微镜(SEM)照片;图11为利用锌粉制备的硫化锌纳米线(对应实施例6)的扫描电子显微镜(SEM)照片;图12为对比例I制备的硫化锌纳米线的扫描电子显微镜(SEM)图片；图13为对比例2制备的硫化锌纳米线的扫描电子显微镜(SEM)图片；图14为实施例5制备硫化锌纳米材料所用的化学气相沉积装置示意图。附图标记说明:I为三通阀2为硫源3为石英管4为水平管式炉5为衬底及附属石英舟【具体实施方式】以下对本专利技术的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供的硫化锌纳米线的制备方法包括:在惰性气氛中，将硫源与衬底上的锌源接触并进行化学气相沉积，以在所述衬底上形成硫化锌纳米线，所述化学气相沉积的条件包括:温度为380-700°C (优选为480-600°C)，时间为40_160min (优选为60_150min)，所述衬底表面沉积有锌源或者所述衬底由锌源形成。其中，在380-700°C下，表面沉积有锌源的衬底或者由锌源组成的衬底的上方形成有锌蒸汽，从而与硫源反应生成的硫化锌沉积在衬底上形成硫化锌纳米线。本专利技术中，提供惰性气氛的惰性气体可以为各种本领域常规使用的惰性气体，例如氩气和/或氮气。本专利技术中，所述锌源可以为任何本领域常规使用的用于制备硫化锌纳米线的物质，优选为单质锌，例如，锌粉(优选分析纯的锌粉)和/或锌片。本领域技术人员所公知的是:当采用锌片作为锌源时，可以直接将锌片作为衬底，即生成的硫化锌直接沉积在锌片的表面。而由于锌易于氧化，一般在使用前用砂纸打磨并利用去离子水和乙醇依次对锌片进行超声清洗的预处理。优选情况下，本专利技术的方法还包括在锌片表面形成沟槽结构，以增大锌源与硫源的接触面积。形成沟槽结构的方法可以为本领域技术人员熟知的各种方法，例如在将硫源供应给锌片前用刀片在锌片表面划刻出一系列的沟槽。采用锌粉作为锌源时，可以先将适量的锌粉沉积到衬底表面。所述衬底可以为本领域常规采用的能够耐受高温(至少450°C)的惰性衬底(例如硅片、FT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硫化锌纳米线的制备方法，其特征在于，该方法包括：在惰性气氛中，将硫源与衬底上的锌源接触并进行化学气相沉积，以在所述衬底上形成硫化锌纳米线，所述化学气相沉积的条件包括：温度为380‑700℃，时间为40‑160min，所述衬底表面沉积有锌源或者所述衬底由锌源形成。

【技术特征摘要】
1.一种硫化锌纳米线的制备方法，其特征在于，该方法包括:在惰性气氛中，将硫源与衬底上的锌源接触并进行化学气相沉积，以在所述衬底上形成硫化锌纳米线，所述化学气相沉积的条件包括:温度为380-700°C，时间为40-160min，所述衬底表面沉积有锌源或者所述衬底由锌源形成。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述锌源为单质锌。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述硫源为单质硫和/或二硫化碳。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述硫源为二硫化碳，所述二硫化碳通过随载气导入...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海龙，贺蒙，李建业，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11