一种尺子状ZnS单晶及其合成方法技术

本发明专利技术公开了一种尺子状ＺｎＳ单晶及其合成方法，特征是采用水和二乙烯三胺按体积比为１∶１－３的混合作为溶剂，将硫代乙酰胺和相同摩尔数的可溶性锌盐加入到上述溶剂中，使得硫代乙酰胺和锌盐在反应体系中的浓度为０．０１－１Ｍ；搅拌均匀后密封于耐压容器中在１２０－１８０℃保温６－１２ｈ，将产物过滤后再用碱液进行清洗，烘干后即得到长１－５μｍ、宽１００－５００ｎｍ、厚３０－１００ｎｍ范围的尺子状的单晶ＺｎＳ，表面光滑且不易弯曲，单根纳米带的宽度处处一致，其上下两个表面为｛１１００｝晶面，前后两个侧面为｛１１２０｝晶面，左右两个端面为｛０００１｝晶面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于晶体生长
，具体涉及尺子状ZnS单晶及其合成方法。
技术介绍
纳米材料的最终目标是做成具有各种功能的纳米器件，其中占主导地位的是一维纳米 材料。在现有的纳米管、纳米带、纳米棒和纳米线等纳米材料中，由于纳米带具有规则的 长方体结构，在长、宽、厚三个方向都有确定的生长晶面，因而在制作纳米器件的过程中 便于进行操作定位；同时，与纳米棒/管/线不同，纳米带所产生的量子尺寸效应通常只在 具有纳米尺度的厚度方向上产生，因此便于设计纳米器件。德国《先进材料》杂志(Adv. Mater., 2003年，第15巻，第228-231页和第323-327 页)报道了采用高温蒸发方法来合成半导体单晶ZnS的纳米带；德国《微尺度》杂志(Small, 2005年，第1巻，第320-325页)报道了采用溶剂热合成方法来合成半导体单晶ZnS的纳 米带。但现有方法合成的这些ZnS纳米带非常柔韧，容易弯曲，而且长度不一，单根纳米 带的宽度也不是处处一致，有的纳米带表面凹凸起伏，不够光滑，这些都对ZnS纳米带的 应用造成很大困难。
技术实现思路
本专利技术提出，以克服现有方法合成单晶ZnS纳米带 的上述缺点，填补现有ZnS在尺子状形貌上的空白。本专利技术的尺子状ZnS单晶的合成方法，其特征在于采用水和二乙烯三胺按体积比为1: 1-3的混合作为溶剂，将硫代乙酰胺和相同摩尔数的可溶性锌盐加入到上述溶剂中，使得 硫代乙酰胺和锌盐在反应体系中的浓度为0.01-1 M;搅拌均匀后密封于耐压容器中在 120-180 。C保温6-12h，将产物过滤后再用碱液进行清洗，烘干后即得到尺子状的单晶ZnS。本专利技术的由上述方法制备的尺子状ZnS单晶，特征在于其为长l-5 ym、宽100-500 nm、厚30-100 nm的纤锌矿结构的ZnS纳米带，表面光滑且不易弯曲，单根纳米带的宽度 处处一致，可以形象地称这种结构为"尺子"；该尺子状ZnS纳米带的上下两个表面为jll5oj 晶面，前后两个侧面为&00}晶面，左右两个端面为{0001}晶面。在本专利技术尺子状ZnS的合成过程中，二乙烯三胺既做溶剂，又是模板剂和配位剂，同 时，它的相对含量又严重影响到溶液的粘度，而粘度又影响到反应速度的快慢，反应速度 决定了最终的产物形貌。当水和二乙烯三胺的体积比低于1:3时，溶液粘度高，反应速度 慢；当水和二乙烯三胺的体积比高于1:1时，溶液粘度低，反应速度快。这两种情况都不 利于尺子状ZnS的生成。反应温度也对产物的形貌和质量有^f艮大影响，当反应温度低于120 。C时，反应速度慢，而且反应不充分；当反应温度高于180 。C时，硫代乙酰胺的分解速度 快，难以得到尺子状的单晶ZnS。同样，反应时间应控制在6 h以上，否则反应不完全。 硫代乙酰胺和锌盐的浓度不宜在0.01 M以下，否则ZnS的产量太低；而浓度高于1M时，锌盐容易水解且反应速度太快，不利于得到形貌均 一 的产物。与文献报道的ZnS纳米带相比，本专利技术具有显著进步的效果体现在1、 本专利技术方法可以合成尺子状的ZnS单晶，填补了ZnS形貌的空白；2、 本专利技术方法合成的尺子状单晶ZnS表面光滑且不易弯曲，单根纳米带的宽度处处 一致，从而为制作ZnS纳米器件提供了方便。附图说明图1是实施例1中在180 。C合成样品的X射线衍射(XRD)花样。 图2是实施例1中合成样品的扫描电镜(SEM)照片。 图3是实施例1中合成样品的能谱(EDS)图。图4是实施例1中合成样品的透射电镜(TEM)照片和对应的电子衍射(ED)花样。图5是实施例1中合成样品的高分辨透射电镜(HRTEM)照片。图6是实施例2中在150 。C合成样品的扫描电镜(SEM )照片。图7是实施例3中在120 。C合成样品的扫描电镜(SEM)照片。图8是对比例4中作为对比样品的低倍扫描电镜(SEM )照片；图9是对比例4中作为对比样品的高倍扫描电镜(SEM )照片。具体实施例方式实施例1: 180 'C合成骰子状的单晶PbS取6 mL水和12 mL 二乙雄三胺，加入到容积为25 mL的水热釜中，搅拌均匀后加入 1 mmol Zn(N03)2 . 6H20和1 mmol H3CCSNH2 (摩尔浓度为0.055 M ),再次搅拌均匀后 密封于水热釜中,在180 。C的烘箱中保温6h,冷却到室温后打开水热圣，发现蒼内有大量 白色产物，将产物过滤后用^ 成液反复清洗几次，最后将样品置于60 。C的烘箱中烘干。上述制备得到样品的XRD花样如图1所示，图中的所有衍射峰都可以指标化为纤锌 矿结构的ZnS (见JCPDS卡片号36-1450 ),说明本实施例中制备得到的ZnS样品很纯净。图2给出了本实施例制备得到样品的SEM照片，可以看到该样品是很多长1-2 u m、 宽100-400 nm、厚30-100 nm的纳米带，这些纳米带表面光滑且不易弯曲，单根纳米带的 宽度处处一致，可以形象地称这种结构为"尺子"。图3给出的本实施例中制备得到的ZnS样品的EDS图谱，也证实了该样品中Zn和S 的存在，其原子比为1:1.06,这和PbS的化学计量比非常吻合(6%的误差在仪器测试精度 范围内)。在样品中除了 C、 0和Cu (来自碳膜和铜网)夕卜，没有片企测到其它元素，这也 证明该样品的纯度很高。图4是本实施例中制备得到样品的透射电镜(TEM )照片和对应的电子衍射(ED )花 样，图中所有的衍射斑点，都可以标定为纤锌矿结构的ZnS,而且晶向与"尺子" 平行，晶向与"尺子"垂直，从纤锌矿的晶体结构可以断定，该ZnS尺子的上下两 个表面为^ l5o}晶面，前后两个侧面为&00}晶面，左右两个端面为{0001}晶面。图5是本实施例中制备得到样品的高分辨透射电镜(HRTEM)照片，平行于"尺子"方向的晶面间距为0.31 nm，与纤锌矿结构ZnS的(002)晶面的面间距一致；垂直于"尺子" 的晶面间距为0.33 nm,与纤锌矿结构ZnS的(100)晶面的面间距一致，从纤锌矿的晶体结 构可以断定，该ZnS尺子的上下两个表面为《lSoj晶面，前后两个侧面为^0()j晶面，左右 两个端面为{0001}晶面。这与ED花样的分析结果一致。 实施例2: 150 。C合成骰子状的单晶PbS取4.5 mL水和13.5 mL 二乙烯三胺，加入到容积为25 mL的水热釜中，搅拌均匀后加 入0.18 mmol Zn(CH3COO)2 2H20和0,18 mmol H3CCSNH2 (摩尔浓度为0.01 M ),再次 搅拌均匀后密封水热釜并将其置于150 。C的烘箱中保温6h,冷却到室温后打开水热釜， 发现釜内有大量白色产物，将产物过滤后用碱液反复清洗几次，最后将样品置于60 。C的 烘箱中烘干。图6是本实施例中在150 'C合成样品的扫描电镜(SEM)照片，可以看到该样品是4艮 多长1-5 um、宽100-500画、厚30-60 nm的"尺子"，这些纳米"尺子"表面光滑且不 易弯曲，单根纳米带的宽度处处一致。本实施例中样品的XRD花样与图1中的相似，所 有衍射峰都可以指标化为纤锌矿结构的ZnS (见JCPDS卡片号36-1450 )，说明本实施例 中制备得到的ZnS样品很纯净。其单个Z本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种尺子状ＺｎＳ单晶的合成方法，其特征在于采用水和二乙烯三胺按体积比为１∶１－３的混合作为溶剂，将硫代乙酰胺和相同摩尔数的可溶性锌盐加入到上述溶剂中，使得硫代乙酰胺和锌盐在反应体系中的浓度为０．０１－１Ｍ；搅拌均匀后密封于耐压容器中在１２０－１８０℃保温６－１２ｈ，将产物过滤后再用碱液进行清洗，烘干后即得到尺子状的单晶ＺｎＳ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾冲，陈翌庆，苏勇，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]