纳米管定向排列的硫化锌纳米材料的制备方法技术

一种纳米管定向排列的硫化锌纳米材料的制备方法，首先采用化学溶液法制备出纳米棒定向排列的氧化锌纳米材料，然后采用化学溶液法硫化一维氧化锌晶体排列。在四氟乙烯容器中将硫源按照一定的浓度溶解于溶剂中，搅拌至溶液澄清，再将预先制备好的纳米棒氧化锌材料以垂直方向浸入到反应溶液中，升温至１３０℃，反应４７－４９小时即可获得纳米管定向排列的硫化锌纳米材料，晶体的平均粒径为１００纳米。本发明专利技术操作简单、成本低，效率高，可以实现从纳米棒定向排列的氧化锌纳米材料到纳米管定向排列的硫化锌纳米材料的大面积转化，制备出的硫化锌纳米材料具有很好的荧光性能。

【技术实现步骤摘要】
纳米管定向排列的硫化锌纳米材料的制备方法
本专利技术涉及一种硫化锌纳米材料的制备方法，尤其涉及一种纳米管定向排列的硫化锌纳米材料的制备方法，采用化学溶液生长法制备纳米管定向排列的硫化锌纳米材料。
技术介绍
随着纳米技术的发展，纳米材料的制备技术越来越丰富，包括化学气相沉积(CVD)、磁控溅射法、喷雾热解法、脉冲激光沉积法(PLD)、原子层外延生长法、分子束外延法、溶胶凝胶法、水解法、水热法、反相乳液法、沉淀法和电化学沉积法等等。然而，纳米材料的制备技术与其本身的物理、化学性质有很大关系。比如氧化物大多可以通过高温氧化等气相的方法来制备，然而许多结构金属硫、硒化合物却难以用此方法来合成。因此，利用一种技术将氧化物转变成硫化物，制备出所需结构的新型纳米材料对于扩大纳米材料的应用范围以及研究新型结构纳米材料的性能具有重要意义。硫化锌是一种良好的半导体材料。硫化锌的禁带宽度达到3.6eV.0K时，其体材料的带隙为325nm；300K时由于热平衡声子填充，其有效带隙约为339nm。它具有压电和热电性质，而且也是具有340nm最大波长的光导体。固态ZnS受紫外线辐射(低于335nm)、阴极射张、X射线、γ射线以及电场(电荧光)激发时产生辐射，是一种很好的荧光材料。此外，随着半导体材料的纳米化，不仅能引起吸收波长与荧光发射发生蓝移，还能产生光学非线性响应，并增强纳米粒子的氧化还原能力，具有更优异的光电催化活性，将在发光材料、非线性光学材料、光催化材料等方面得到广泛应用。由于纳米硫化锌这些优异的性能和潜在的应用价值，纳米硫化锌粉体材料已经通过多种方法成功的制备出来。然而，纳米材料的应用需要纳米材料在一定基片(比如硅片)上组装排列起来-->并通过对其进行图形化等加工才能使其具体的应用在相应的纳米功能器件上。目前，只有少数文献报道关于不同结构的硫化锌纳米晶体排列的制备，而且，这些方法只局限在气相合成法。由于气相合成法需要复杂的设备、较高的制备温度、苛刻的反应气氛(高真空、惰性气体保护)等缺点在材料的大规模应用方面有很大的局限性。相比较之下，化学溶液合成法具有设备简单、反应温度低、成本低、效率高等优点，并已经成功的用于硫化锌粉体材料的制备，然而，该方法目前还没有被成功的开发用于硫化锌纳米结构材料排列的制备。因此，找到一种制备具有排列结构硫化锌的化学溶液方法对于该材料的应用具有重要意义。相比较之下，具有大面积排列结构的纳米氧化锌材料已经成功的通过气相、液相的方法制备出来。如果采用一定的方法将具有排列结构氧化锌纳米材料硫化成具有排列结构的硫化锌纳米材料，将对硫化锌纳米材料的应用具有巨大的推动作用。2003年，美国化学会的Nano Letter杂志发表了关于氧化锌纳米棒排列硫化的文章，开拓了制备纳米管定向排列的硫化锌纳米材料的新方向。然而，该报道采用的制备方法(指硫化)是高温气体硫化法，即将预先制备好的氧化锌纳米晶体排列材料放入硫化氢气体或单质硫的蒸气中，在500～600摄氏度反应下制备硫化锌纳米管。该方法需要高温密闭等苛刻条件，实现困难、成本高、可控性低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种纳米管定向排列的硫化锌纳米材料的制备方法，操作简单、成本低，效率高，并且对环境污染小。为实现这样的目的，本专利技术的技术方案中，首先采用化学溶液法制备出定向排列的氧化锌纳米材料，然后采用化学溶液法硫化纳米棒定向排列的氧化锌纳米材料。在四氟乙烯容器中将硫源按照一定的浓度溶解于溶剂中，搅拌至溶液澄清。再将预先制备好的纳米棒排列的氧化锌薄膜后以一定的角度浸入到反应溶液中，升温至130℃，反应47-49小时即可获得管状排列结构的硫化锌纳米材料。材料中的纳米管是由硫化锌纳米晶体构成，晶体的平均粒径为100纳米。-->本专利技术的制备方法包括如下具体步骤：①纳米棒定向排列的氧化锌纳米材料的制备：a)化学生长反应液的制备：将锌盐、硫脲、氨水和铵盐按一定比例溶于去离子水，制备成薄膜生长反应液，每100ml反应液中含锌盐0.01mol、25％(质量比)氨水5ml、硫脲0.01mol和铵盐0.002mol；本专利技术所说的锌盐为六水合硝酸锌；铵盐为氯化铵。b)基片的预处理：首先将石英基片浸入到沸腾的98％的浓硫酸中5～10小时，然后浸入到丙酮中超声30～60分钟，接下来用大量的去离子水冲洗，最后将基片在真空烘箱中晾干，待用。c)纳米棒定向排列的氧化锌纳米材料的合成：在反应前，首先将基片浸润到上述制备好的化学生长反应溶液中；再将反应体系升温至94～97℃，升温速率10～20度/分，在94～97℃下反应45～60分钟。反应结束后用冰水快速冷却，然后将基片放于去离子水中超声1～2分钟，用大量去离子水冲洗，经过多次洗涤后自然晾干即可获得纳米棒定向排列的氧化锌纳米材料。②纳米管定向排列的硫化锌纳米材料的合成(氧化锌的硫化)：a)硫化反应溶液的制备：将硫源溶解于去离子水中，搅拌至溶液澄清，即可制备成硫化反应溶液。其中硫源的浓度为1.5克/100毫升水。b)纳米管定向排列的硫化锌纳米材料的合成(氧化锌的硫化)：将预先制备好的氧化锌纳米薄膜垂直浸入到上述制备好的硫化反应溶液中，密闭反应容器，装入不锈钢反应釜中，升温至130℃，反应47-49小时，反应结束后自然冷却至常温，取出样品用去离子水冲洗，经过多次洗涤后自然晾干即可获得纳米管定向排列的硫化锌纳米材料。材料中纳米管晶体的平均粒径为100纳米。本专利技术所说的硫源为硫代乙酰胺。本专利技术采用的化学溶液法反应温度低，只需要130℃，溶剂水是最普通的溶剂，成本低、污染小，有利于环保，因而本专利技术方法操作简单、成本低，效率高，制备出的复合材料具有很好的荧光性能。采用本专利技术的方法，可以实现-->从纳米棒定向排列的氧化锌纳米材料到纳米管定向排列的硫化锌纳米材料的大面积转化。附图说明图1为本专利技术实施例1所采用的纳米棒定向排列的氧化锌纳米材料的X-射线衍射图。图2为本专利技术实施例1所得到的纳米管定向排列的硫化锌纳米材料的X-射线衍射图。图3为本专利技术实施例1所采用的纳米棒定向排列的氧化锌纳米材料的扫描电子显微镜照片。图4为本专利技术实施例1所得到的纳米管定向排列的硫化锌纳米材料的扫描电子显微镜照片。图5为本专利技术实施例1所得到的纳米管定向排列的硫化锌纳米材料的扫描电子显微镜放大照片。图6为本专利技术实施例1所得到的纳米管定向排列的硫化锌纳米材料排列的透射电子显微镜照片。图7为本专利技术实施例1所得到的纳米管定向排列的硫化锌纳米材料的荧光光谱图。具体实施方式下面的实施例是对本专利技术的进一步说明，而不是限制本专利技术的范围。实施例1①纳米棒定向排列的氧化锌纳米材料的制备：a)化学生长反应液的制备：将六水合硝酸锌、硫脲、氨水和氯化铵按一定比例溶于去离子水，制备成薄膜生长反应液，每100ml水溶液中含六水合硝酸锌0.01mol、25％(质量比)氨水5ml、硫脲0.01mol和氯化铵0.002mol；b)基片的预处理：首先将石英基片浸入到沸腾的98％的浓硫酸中10小时，然后浸入到丙酮中超声60分钟，接下来用大量的去离子水冲洗，最后将基片在真空烘箱中晾干，待用。-->c)纳米棒定向排列的氧化锌纳米材料的合成：在反应前，首先将基片浸润到上述制备好的化学生长反应溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米管定向排列的硫化锌纳米材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：１）纳米棒定向排列的氧化锌纳米材料的制备：将锌盐、硫脲、氨水和铵盐按比例溶于去离子水，制备成薄膜生长反应液，每１００ｍｌ反应液中含锌盐０．０１ｍｏｌ、质量比为２５％的氨水５ｍｌ、硫脲０．０１ｍｏｌ和铵盐０．００２ｍｏｌ；将石英基片浸入到沸腾的９８％的浓硫酸中５～１０小时，然后浸入到丙酮中超声３０～６０分钟，用去离子水冲洗后晾干，将基片浸润到上述反应液中，将反应体系升温至９４～９７℃，升温速率１０～２０度／分，在９４～９７℃下反应４５～６０分钟，反应结束后快速冷却，然后将基片放于去离子水中超声１～２分钟，用去离子水洗涤后自然晾干，获得纳米棒定向排列的氧化锌纳米材料；２）纳米管定向排列的硫化锌纳米材料的合成：将浓度为１．５克／１００毫升水的硫源溶解于去离子水中，搅拌至溶液澄清，制备成硫化反应溶液，将制备好的氧化锌纳米材料垂直浸入到上述硫化反应溶液中，密闭反应容器，装入不锈钢反应釜中，升温至１３０℃，反应４７－４９小时，反应结束后自然冷却至常温，取出样品用去离子水洗涤后自然晾干，即可获得纳米管定向排列的硫化锌纳米材料。

【技术特征摘要】
1、一种纳米管定向排列的硫化锌纳米材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)纳米棒定向排列的氧化锌纳米材料的制备：将锌盐、硫脲、氨水和铵盐按比例溶于去离子水，制备成薄膜生长反应液，每100ml反应液中含锌盐0.01mol、质量比为25％的氨水5ml、硫脲0.01mol和铵盐0.002mol；将石英基片浸入到沸腾的98％的浓硫酸中5～10小时，然后浸入到丙酮中超声30～60分钟，用去离子水冲洗后晾干，将基片浸润到上述反应液中，将反应体系升温至94～97℃，升温速率10～20度/分，在94～97℃下反应45～60分钟，反应结束后快速冷却，然后将基片放于去离子水中超声1～2分钟，用去离子水洗涤后自然晾干，获得纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卓，钱雪峰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]