硫化锡纳米管的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硫化锡纳米管的制备方法，包括：利用铋纳米颗粒作为催化剂，以硫化亚锡和二硫化锡等作为硫、锡源，在硅片、二氧化硅片或氧化铝等基底上生长硫化锡纳米管。本发明专利技术提供了一种可以在目标基底上直接生长形成硫化锡纳米管的方法，其操作简单，可控性好，所获硫化锡纳米管尺寸均匀可控，分散度高，可直接用于半导体器件的应用研究。

Preparation of tin sulfide nanotubes

The invention discloses a method, a preparation of tin sulfide nanotubes include: using bismuth nanoparticles as catalyst, using stannous sulfide and tin sulphide such as sulfur source, tin, tin sulfide nanotubes growth in silicon, silica or alumina film on substrate. The present invention provides a method for forming tin sulfide nanotubes can be grown directly on the target substrate, and has the advantages of simple operation, good controllability, the tin sulfide nanotubes with uniform size and controllable, high degree of dispersion, can be directly used for the application of semiconductor devices.

【技术实现步骤摘要】
硫化锡纳米管的制备方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种硫化锡纳米管的制备方法。
技术介绍
自从碳纳米管发现以来，一维纳米管的研究就成了一大科学热点。在过去的二十多年里，人们关注的不仅仅是碳纳米管，其他的非碳无机纳米管也同样受到了广泛的研究。这些纳米管包括WS2、MoS2、NiCl2、TiS2、VS2等等，主要是过渡金属硫属化合物。纳米管具有独特的几何结构以及新奇的物理特性，使得其成为纳米尺寸科学研究的一大课题。然而，相较于单元素的碳纳米管，过渡金属硫属纳米管的合成比较困难，原因主要在于：每个壁均由三个原子层组成，非碳纳米管的单原子层，需要相当大的应变能以实现表面弯曲。目前两种比较有效的合成方法分别是过渡金属氧化物的硫化以及模板沉积法。例如，有报道称，可以使用铋粉与硫化锡薄片共蒸发合成硫化锡纳米管，这种方法可以生长出硫化锡纳米管，但是纳米管往往是聚集在一起，纵横交错，很难实现实际的应用。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种硫化锡纳米管的制备方法，以克服现有技术的不足，为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种硫化锡纳米管的制备方法，其包括：(1)将负载有铋纳米颗粒的基底置于化学气相沉积设备反应区内的第二温区，同时将锡源和硫源置于化学气相沉积设备反应区内的第一温区，其中第一温区和第二温区沿所述化学气相沉积设备内载气的流动方向依次分布；(2)除去所述化学气相沉积设备反应区内的氧气，再将第一温区和第二温区的温度分别提升至500℃～1000℃和70℃～350℃，并通入载气，在保护性气氛中反应，形成硫化锡纳米管。较为优选的，所述铋纳米颗粒的粒径为大于1nm而小于100nm。进一步的，所述硫化锡纳米管包括硫化亚锡纳米管、二硫化锡纳米管、三硫化二锡纳米管中的任意一种或硫化亚锡、二硫化锡及三硫化二锡中的任意两者及以上组合形成的超晶格复合纳米管。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：提供了一种可以在目标基底上直接生长形成硫化锡纳米管的方法，其操作简单，可控性好，所获硫化锡纳米管尺寸均匀可控，分散度高，可直接应用于半导体器件。附图说明图1是实施例1中所获单分散铋纳米颗粒的低倍透射电子显微像；图2是实施例1中所获铋纳米颗粒的高分辨透射电子显微像；图3是实施例1中所获铋纳米颗粒的纳米束电子衍射图；图4是实施例1中所获铋纳米颗粒以及硫化锡纳米管样品的低倍透射电子显微像；图5是实施例1中所获硫化锡纳米管的低倍电子显微像；图6是图5中所示硫化锡纳米管的高分辨透射电子显微像；图7是图6中所示硫化锡纳米管的FFT图；图8是对比例1中所获样品微颗粒的高分辨透射电子显微像；图9是对比例1中所获样品的低倍透射电子显微像。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术实施例提供了一种硫化锡纳米管的制备方法，其包括：(1)将负载有铋纳米颗粒的基底置于化学气相沉积设备反应区内的第二温区，同时将锡源和硫源置于化学气相沉积设备反应区内的第一温区，其中第一温区和第二温区沿所述化学气相沉积设备内载气的流动方向依次分布；(2)除去所述化学气相沉积设备反应区内的氧气，再将第一温区和第二温区的温度分别提升至500℃～1000℃和70℃～350℃，并通入载气，在保护性气氛中反应，形成硫化锡纳米管。较为优选的，所述铋纳米颗粒的粒径为大于1nm而小于100nm。并且所述硫化锡纳米管的直径可通过调节铋纳米颗粒的尺寸大小控制。在一较为具体的实施方案中，所述铋纳米颗粒的制备方法包括：取Bi[N(SiMe3)2]3与聚(1-乙烯基吡咯烷酮)-graft-(1-三十碳烯)在二异丙苯中均匀混合，并在150℃～240℃反应15min～24h，获得所述铋纳米颗粒。在一较为具体的实施方案中，步骤(1)包括：将铋纳米颗粒均匀分散于溶剂中，形成铋纳米颗粒分散液，之后将所述铋纳米颗粒分散液均匀涂覆在基底表面，再经干燥处理，使铋纳米颗粒均匀负载在基底表面。进一步，所述溶剂包括甲苯、丙酮的任意一种，但不限于此。在所述的制备方法中，可以单独取SnS或者SnS2作为硫源和锡源，也可以取SnS和SnS2共同作为硫源和锡源。另外，硫源和锡源亦可选用三硫化二锡粉体或者其他能提供硫、锡元素的有机物或无机物。例如，在一较为优选的实施方案中，可以取摩尔比1:0.2～50的SnS和SnS2作为锡源和硫源。其中，用以承载SnS和/或SnS2的容器可以是刚玉舟、石英舟等管式炉常用的坩埚或舟，且不限于此。在一较为优选的实施方案中，步骤(2)包括：将载气流量控制为1sccm～500sccm，并在保护性气氛中反应2min～5h，从而获得所述硫化锡纳米管。在一较为优选的实施方案中，步骤(2)中采用的载气和用于形成保护性气氛的气体为相同气体。进一步的，所述载气包括高纯氩气和/或高纯氮气或者高纯氩气和/或高纯氮气与高纯氢气的组合，但不限于此。在一些实施方案中，所述基底的材料选自非金属材料，例如可以选自硅片、二氧化硅片或氧化铝陶瓷片，但不限于此。在一较为典型的实施案例中，所述制备方法可以包括如下步骤：(1)取Bi[N(SiMe3)2]3以及聚(1-乙烯基吡咯烷酮)-graft-(1-三十碳烯)等混合，加入二异丙苯等，超声分散均匀，加热反应后，利用甲苯或甲醇等反复超声离心洗涤数次，最后将沉淀物重新分散于甲苯溶液中；(2)将基底(硅片等)分别在丙酮、乙醇中超声洗涤，用氮气吹干备用。(3)将步骤(1)所获铋纳米颗粒分散液均匀旋涂于基底上，室温真空挥发溶剂，备用。(4)取SnS/SnS2置于刚玉舟中。(5)在双温区管式炉中，将步骤(3)处理过的基底置于第二温区(沿着气流方向)，将步骤4的刚玉舟置于第一温区。(6)管式炉封装好后，先通高纯氩气以除去炉管中的氧气。(7)两个温区按预设的程序升温，第一温区恒温时控制在500℃～1000℃(优选为850℃)，第二温区控制在和70℃～350℃(优选为270℃)，通高纯氩气作为保护性气体及载体，反应2min～5h(优选为10min)。进一步的，所述硫化锡纳米管包括硫化亚锡纳米管、二硫化锡纳米管、三硫化二锡纳米管中的任意一种或硫化亚锡、二硫化锡及三硫化二锡中的任意两者及以上组合形成的超晶格复合纳米管。本专利技术利用铋纳米颗粒作为催化剂，以硫化亚锡、二硫化锡、三硫化二锡粉体或者其他能提供硫、锡元素的有机物或无机物等作为硫、锡源，在硅片、二氧化硅片以及氧化铝等基底上生长硫化锡纳米管，其工艺简单，可控性高，所获硫化锡纳米管尺寸均匀，直径可通过调节铋纳米颗粒的尺寸大小来控制，分散度高。以下结合一些典型实施案例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。实施例1本实施例涉及的一种硫化锡纳米管的制备方法包括如下步骤：(1)取75mg的Bi[N(SiMe3)2]3以及1.5g的聚(1-乙烯基吡咯烷酮)-graft-(1-三十碳烯)置于100mL的圆底烧瓶中，加入3.5g的二异丙苯，超声分散均匀，180℃油浴加热反应1小时，分别利用甲苯、甲醇反复超声离心洗涤数次，最后将沉淀物重新分散于甲苯溶液中；(2)将1cm×1cm的基底(硅片等)分别在丙酮、乙醇中超声洗涤15min，用氮气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硫化锡纳米管的制备方法，其特征在于包括：（1）将负载有铋纳米颗粒的基底置于化学气相沉积设备反应区内的第二温区，同时将锡源和硫源置于化学气相沉积设备反应区内的第一温区，其中第一温区和第二温区沿所述化学气相沉积设备内载气的流动方向依次分布；（2）除去所述化学气相沉积设备反应区内的氧气，再将第一温区和第二温区的温度分别提升至500℃~1000℃和70 ℃~350 ℃，并通入载气，在保护性气氛中反应，形成硫化锡纳米管。

【技术特征摘要】
1.一种硫化锡纳米管的制备方法，其特征在于包括：（1）将负载有铋纳米颗粒的基底置于化学气相沉积设备反应区内的第二温区，同时将锡源和硫源置于化学气相沉积设备反应区内的第一温区，其中第一温区和第二温区沿所述化学气相沉积设备内载气的流动方向依次分布；（2）除去所述化学气相沉积设备反应区内的氧气，再将第一温区和第二温区的温度分别提升至500℃~1000℃和70℃~350℃，并通入载气，在保护性气氛中反应，形成硫化锡纳米管。2.根据权利要求1所述的硫化锡纳米管的制备方法，其特征在于：所述铋纳米颗粒的粒径为大于1nm而小于100nm。3.根据权利要求1所述的硫化锡纳米管的制备方法，其特征在于所述铋纳米颗粒的制备方法包括：取Bi[N(SiMe3)2]3与聚(1-乙烯基吡咯烷酮)-graft-(1-三十碳烯)在二异丙苯中均匀混合，并在150℃~240℃反应15min~24h，获得所述铋纳米颗粒。4.根据权利要求1所述的硫化锡纳米管的制备方法，其特征在于步骤（1）包括：将铋纳米颗粒均匀分散于溶剂中，形成铋纳米颗粒分散液，之后将所述铋纳米颗粒分散液均匀涂覆在基底表面，再经干燥处理，使铋纳米颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈友虎，秦禄昌，田天，王元斐，李云朋，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33