一种新型半导体KP15纳米线及其制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种新型半导体KP15纳米线及其制备工艺，该半导体纳米线的分子式为KP15，制备工艺为液相剥离或机械剥离。其优点是：所制备的半导体纳米线具有高各向异性，纳米线方向沿P15管方向，纳米线宽度最小可达80nm,所制备的纳米线是通过液相剥离或机械剥离的方法直接从KP15块上剥离下来，液相剥离所用剥离溶液易挥发且所用设备简单易维护。所制得的纳米线对今后研究KP15半导体纳米线有着重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型的半导体KP15纳米线及其制备工艺。
技术介绍
纳米线是典型的一维结构，通常认为直径在数十纳米到数百纳米之间的实心结构为纳米线。而半导体纳米线由于2个维度的尺寸到达纳米级别，它的性能与体材料有着巨大的差异。因此，半导体纳米线受到了人们的广泛关注。目前多种单质或者化合物半导体纳米线已经被报道，由于其独特的构造基元和性能，它们在光电探测器，太阳能电池，发光二极管，激光器等方面收到了广泛的关注。KP15富磷半导体材料早在1967[1]年就被成功制备出来，但是由于缺乏对KP15系列晶体结构的认知，很少有人报道这一系列半导体材料。最近，LiP15的结构已经被人解出[2]。我们研究发现KP15半导体与LiP15结构相似，KP15和LiP15可能成为续纳米碳管之后第二种有管状结构的材料。通过高分辨透射电镜(TEM)分析，我们发现KP15为片层结构；结合LiP15的X射线衍射谱的结构精修结果，我们认为KP15每一层由富磷管相互平行排列组成，每一个富磷管由无数个P15-单元链接而成，同时相邻的4个P15-单元由一个K原子相连。由于K原子只能提供一个自由电子，所以K原子只能与一个P15-单元成化学键，所以每个富磷管之间链接力很弱。在KP15晶体中，通过施加适当的外力作用，富磷管就可以被剥离出来而形成纳米线。目前，KP15纳米线尚无人报道，制备出纯净的KP15系列纳米线对研究这一系列纳米材料的性能将有重要意义。根据以上研究结果，我们认为可以采用液相剥离或机械剥离的方法制备KP15纳米线。机械剥离的方法是将二维材料薄片直接从块体上剥离下来，所得的二维材料薄片缺陷少但产量极低。液相剥离主要基于溶液与材料相互作用，减小材料层与层间的相互作用力，通过超声施加外力是材料层与层分开，这种方法产量大但是有机溶液难以去除。目前，液相剥离及机械剥离法已成功用于二维材料的制备，KP15中各个富磷管之间作用力很弱，因此，可以用液相剥离及机械剥离的办法得到KP15纳米线。目前尚未有制备KP15半导体一维材料的报道。我们使用块状K(纯度97％wt％)和红磷粉末(纯度99.9999wt％)混合，封在石英管内。采用已有的气相转移方法制备KP15块材料。石英管水平放置在双温区热处理炉的炉腔内，石英管有原材料的一头放置在其中一个加热温区内，将此温区设为热端，另一个温区设为冷段，30min内将热端/冷端温度升到650℃/200℃，保温12h然后冷却到室温，得到KP15晶体。图1为K原子比为10％时所得KP15样品Rietveld方法的精修结果，由于KP15中具体的原子坐标信息未被解出，精修固定了晶胞参数和空间群(已被报道[1])，图2为K原子比为7％时所得KP15样品的能谱EDS结果。本专利技术使用酒精作为液相剥离的介质，通过超声从KP15块体上剥离下来KP15纳米线，图3为液相剥离所得KP15纳米线的高分辨像，经TEM发现所得的纳米线尺寸最佳可达长6微米，宽80nm。同时也用机械剥离的办法得到了KP15的纳米线。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过液相剥离以及机械剥离的方法获得尺寸合适的半导体KP15纳米线，其中液相剥离仅使用酒精及丙酮作为剥离溶液，剥离过程仅仅使用一般的超声清洗机。本专利技术所涉及的单导体材料的化学式为：KP15。本专利技术所提供的半导体KP15纳米线的制备方法，其特征在于它包括以下步骤(1)或(2)或(3)：(1)将KP15块材用玻璃烧杯盛放，加入无水酒精，在超声清洗机中进行超声，KP15纳米线会分离出来，悬浮在无水酒精之中。(2)将KP15块材用玻璃烧杯盛放，加入丙酮，在超声清洗机中进行超声，KP15纳米线会分离出来，悬浮在丙酮之中。(3)采用机械剥离的办法得到KP15纳米线。所述工艺制备得到的半导体KP15纳米线。实验证明，用以上方法可以成功制得宽度达到纳米级别的KP15纳米线，该方法制得的米线宽度最佳为80nm。调整液相剥离的工艺影响制得KP15纳米线的粗细，但仍然可成功制得KP15纳米线。附图说明图1：KP15多晶X射线衍射的实验值与计算值，实验值和计算值所给的衍射峰为基本一致，说明KP15已被成功制备。图2：KP15的EDS结果，K,P原子比接近1/15。图3：为液相剥离所得KP15纳米线的高分辨像，边缘上的非晶可能为拍高分辨像时产生的碳沉积。KP15为片层状材料，具有高各向异性。图4：酒精中50W超声1h时液相剥离所得的KP15纳米线的低倍TEM像。图5：酒精中50W超声2h时液相剥离所得的KP15纳米线的低倍TEM像。图6：酒精中100W超声2h时液相剥离所得的KP15纳米线的低倍TEM像。图7：丙酮中100W超声2h时液相剥离所得的KP15纳米线的低倍TEM像。图8：机械剥离法制备所得的KP15纳米线的光镜及AFM图像具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。例1.所用原材料为块状K(纯度97％wt％)和红磷粉末(纯度99.9999wt％)，K原子比占7％。将原材料混合，封在石英管内。石英管内为高真空。石英管水平放置在双温区CVD炉的炉腔内，石英管有原材料的一头放置在其中一个加热温区内，将此温区设为热端，另一个温区设为冷段，30min内将热端/冷端温度升到650℃/200℃，保温12h然后冷却到室温，将所得KP15样品1mg放入80ml酒精中，在超声清洗机中50W超声1h。静置后取上层清液滴在碳微栅上。采用TEM分析所得纳米线的形状，见图4。例2.所用原材料为块状K(纯度97％wt％)和红磷粉末(纯度99.9999wt％)，K原子比占7％。将原材料混合，封在石英管内。石英管内为高真空。石英管水平放置在双温区CVD炉的炉腔内，石英管有原材料的一头放置在其中一个加热温区内，将此温区设为热端，另一个温区设为冷段，30min内将热端/冷端温度升到650℃/200℃，保温12h然后冷却到室温，将所得KP15样品1mg放入80ml酒精中，在超声清洗机中50W超声2h。静置后取上层清液滴在碳微栅上。采用TEM分析所得纳米线的形状，见图5。例3.所用原材料为块状K(纯度97％wt％)和红磷粉末(纯度99.9999wt％)，K原子比占7％。将原材料混合，封在石英管内。石英管内为高真空。石英管水平放置在双温区CVD炉的炉腔内，石英管有原材料的一头放置在其中一个加热温区内，将此温区设为热端，另一个温区设为冷段，30min内将热端/冷端温度升到650℃/200℃，保温12h然后冷却到室温，将所得KP15样品1mg放入80ml酒精中，在超声清洗机中100W超声2h。静置后取上层清液滴在碳微栅上。采用TEM分析所得纳米线的形状，见图6。例4.所用原材料为块状K(纯度97％wt％)和红磷粉末(纯度99.9999wt％)，K原子比占7％。将原材料混合，封在石英管内。石英管内为高真空。石英管水平放置在双温区CVD炉的炉腔内，石英管有原材料的一头放置在其中一个加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体KP15纳米线的制备工艺，其特征在于：它包括以下步骤(1)或(2)或(3)：(1)将KP15块材用玻璃烧杯盛放，加入无水酒精，在超声清洗机中进行超声，KP15纳米线会分离出来，悬浮在无水酒精之中；(2)将KP15块材用玻璃烧杯盛放，加入丙酮，在超声清洗机中进行超声，KP15纳米线会分离出来，悬浮在丙酮之中；(3)采用机械剥离的办法得到KP15纳米线。

【技术特征摘要】
1.一种半导体KP15纳米线的制备工艺，其特征在于：它包括以下步骤(1)或(2)
或(3)：
(1)将KP15块材用玻璃烧杯盛放，加入无水酒精，在超声清洗机中进行超声，
KP15纳米线会分离出来，悬浮在无水酒精之中；

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丹敏，田楠，袁振洲，杨炎翰，张永哲，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11