高度取向直径可调ZnS纳米棒阵列的溶剂热制备方法技术

一种高度取向直径可调ZnS纳米棒阵列的溶剂热制备方法，将锌片裁剪成长× 宽为30×8mm2的矩形片，用1500目的细砂纸打磨，放入10mL无水乙醇中，用功 率为250W、频率为40kHz的数控超声波清洗器超声波清洗两次，每次10～20分 钟，自然晾干；将质量浓度为80％的水合肼加入到具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中， 加入硫脲，硫脲与水合肼的摩尔比为1∶114～302，搅拌均匀，预处理后的锌片横 立在反应釜的内衬中，密封反应釜，放入电热鼓风干燥箱中，加热到170～200℃ 反应2～13小时，自然冷却至室温，开启反应釜盖，取出锌片，用去离子水冲洗2～ 3次，再用无水乙醇冲洗2～3次，自然晾干，在Zn片上得到ZnS纳米棒阵列。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属低维结构半导体光电子材料
，具^及到金属锌片上制备不 同直径ZnS纳米棒阵列的方法。
技术介绍
纳米材料具有不同于体材料的物理和化学性能，这些物理化学性能不仅取决于 材料的尺寸而且还与其形貌有关，同时不同形貌的纳米结构也是构建纳米器件的基 本基元。ZnS是一种非常重要的I1-VI族半导体材料，室温下它的带隙宽度为3. 72 eV(立方晶相)，3.77 eV (六方晶相)；.由于其独特的光电特性，在发光二极管、 激光器、平板显示器、红外窗口和场^l寸显示器等领,泛的应用。所以，近年来 人们采用各种物理化学方法，其中包括，热蒸发、化学气相沉积、金属有机化学气 相沉积以及湿化学法制备出了纳米线、纳米针、纳米带、纳米棒、纳米管和纳米锯 等纳米结构。然而，直立的ZnS纳米棒阵列的湿化学方法目前还是极具挑战的问题。 一维纳米棒阵列在纳米光电子器件，例如，发光二极管、激光器、红外窗口和 场发射显示器等具有巨大的潜在应用价值。王中林研究组首次采用两步热蒸发法在 CdSe/Si基质上生长出了垂直排列的六方相的ZnS纳米线束[J. Am. Chem. Soc. 2004， 126， 14372-14373]。随后李述汤研究组采用这种两步热蒸发的方法在ZnSWt带制 备出了六方相ZnS纳米线阵列[Adv. Mater. 2006， 18， 1527 - 1532 ],在CdS纳米 带上生长出六方相ZnS纳米线阵列[Appl. Phys. Lett. 2007， 90, 0931271 - 0931273]。楚生元等人采用化学气相沉积法在覆盖有Au和ZnAc,的Si基质 生长六方相ZnS纳米线阵列[J. Cryst. Growth 2005， 280， 173 - 178]。 Biswas等 人金属锌与硫粉在400-500 t高温反应在锌基质上生长出了立方相的ZnS纳米列 [Cryst. Growth Des. 2008， 8， 2171-2176]。这种热蒸发和原位生长、法，反应温 度高、设备昂贵、操作复杂、耗能高、产割氏、重复性差。最近，俞书宏研究组采 用丁胺(乙胺或H^四乙二胺)-Zn(N03)2 6H20 -硫脲(Na2S 9恥)溶剂热体系 在180 。C反应12-72小时制备出了六方相ZnS纳米线阵列[Adv. Funct. Mater. 2007，17， 623-631]。 Shi liang ，道了通过调节Zn-S-tK合I^ H20体系的反应温度和 单质硫的浓度选择性生长出了ZnS纳米线，纳米管和纳米带阵列[Cryst. Growth Des. 2009， 9, 2214-2219]。然而上述方法所制备的ZnS线(棒)阵列，不是面积较小(微 米尺度)就是排列不整齐。大面积高度取向直径可调的ZnS纳米棒阵列湿化学法的 制备，至今国内外尚无文献报道和相关专利。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服，热蒸发、化学气相沉积和金属有机化 学气相沉积法等气相制备方法的缺点，提供一种操作简单、重复性好、育巨耗低、生 产成本低的。解决上述技术问题所采用的技术方案是由下述步骤制成-1、 锌片预处理将锌片裁剪成长X宽为30X8咖2的矩形片，用1500目的细砂纸打磨，放入 10 mL无水乙醇中，用功率为250 W、频率为40 kHz的数,声波清洗器超声波清 洗两次，每次10 20分钟，自然晾干。2、 制备ZnS纳米棒阵列将质量浓度为80%的水合肼加入到具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，质量浓度 为80%的水合肼的加入量为聚四氟乙烯'内衬容积的40%,加入硫脲，硫脲与水合 肼的摩尔比为1:.114 302，搅拌均匀，将预处理后的锌片横立在反应釜的内衬中， 密封反应釜，放入电热鼓风^P燥箱中，加热到170 200 。C反应2 13小时，自然 冷却至室温，开启反应釜盖，取出锌片，用去离子水冲洗2 3次，再用无水乙醇冲 洗2 3次，自然晾干，在Zn片上得到ZnS纳米棒阵列。在本专利技术的制备ZnS纳米棒阵列步骤2中，将质量浓度为80%的水合肼加入到 具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再加入硫脲，硫脲与水合肼的优选摩尔比为1: 130 227，搅拌均匀，将预处理后的锌片横立在反应釜的内衬中，密封反应釜，放 入电热鼓风干燥箱中，,加热到170 190 °C，在反应时间2 13小时范围内， 随着反应时间的增加，所制备的ZnS纳米棒的直径逐步增大。在本专利技术的制备ZnS纳米棒阵列步骤2中，将质量浓度为80%的水合肼加入到 具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再加入硫脲，硫脲与水合肼的最佳摩尔比为 1:151，搅拌均匀，将预处理后的锌片横立在反应釜的内衬中，密封反应釜，放入4电热鼓风千燥箱中，最佳加热到180'C，在反应时间2 13小时范围内，随着反应 时间的增加，所制备的ZnS纳米棒的直径逐步增大。本专利技术采用锌片作锌源，通过锌片与硫脲在水合肼溶液中反应，反应餅温和、 反应时间短、大面积制备高度取向ZnS纳米棒阵列的方法，纳米棒的直径可通过改 变反应时间来控制，调节反应时间和反应温度，在锌片表面上原位生长出大面积的、 不同直径的ZnS纳米棒阵列。本专利技术与现有的ZnS纳米棒阵列的气相制备方法相比， 具有工艺简单、设备成本低、重复性好、所制备的ZnS纳米棒阵列生长取向统一等 优点，可进入中间放大试验。这种直径可调的ZnS纳米棒阵列，可在发光二极管、 激光器、太阳能电池和场发射显示器等领域推广应用。附图说明图1是在180 'C反应5小时加入1. 5 raiol硫脲所制备的ZnS纳米棒阵列放大20000倍的扫描电镜照片。图2是在180 C反应5小时加入3 mmol硫脲所制备的ZnS纳米棒阵列放大5000倍的扫描电镜照片。图3是在180 °C反应5小时加入3 mmol硫脲所制备的ZnS纳米棒阵列放大20000倍的扫描电镜照片。图4是在180 。C反应5小时加入4 mmol硫脲所制备的ZnS纳米棒阵列放大20000倍的扫描电镜照片。图5是180 -C不反应制备的ZnS纳米棒阵列放大20000倍的扫描电镜照片。 图6是180 'C反应1小时制备的ZnS纳米棒阵列放大20000倍的扫描电镜照片。 图7中的a图是室温升到180 t:不反应戶賴lj备的ZnS纳米棒阵列的红外光谱图，b图是180 。C反应1小时制备的ZnS纳米棒阵列的红外光谱图。图8是180 C反应2小时制备的ZnS纳米棒阵列放大5000倍的扫描电镜照片。 图9是180 t反应2小时制备的ZnS纳米棒阵列放大20000倍的扫描电镜照片。 图1.0是180 T反应3小时制备的ZnS纳米棒阵列放大5000倍的扫描电镜照片。 图11是180'C反应3小时制备的ZnS纳米棒阵列放大20000倍的扫描电镜照片。 图12是18CTC反应7小时制备的ZnS纳米棒阵列放大5000倍的扫描电镜照片。 图13是18(TC反应7小时制备的ZnS纳米棒阵列放大20000倍的扫描电镜照片。 图14是18(TC反应10小B寸制备的ZnS纳米棒阵列放大5000倍的扫描电镜照片。图15是180。C反应10小时制备的ZnS纳米棒阵列放大20000倍的扫描电镜照片。图16是18(TC反应13小时制备的ZnS纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高度取向直径可调ＺｎＳ纳米棒阵列的溶剂热制备方法，其特征在于它是由下述步骤制成：　（１）锌片预处理　将锌片裁剪成长×宽为３０×８ｍｍ↑［２］的矩形片，用１５００目的细砂纸打磨，放入１０ｍＬ无水乙醇中，用功率为２５０Ｗ、频率为４０ｋＨｚ的数控超声波清洗器超声波清洗两次，每次１０～２０分钟，自然晾干；　（２）制备ＺｎＳ纳米棒阵列　将质量浓度为８０％的水合肼加入到具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，质量浓度为８０％的水合肼的加入量为聚四氟乙烯内衬容积的４０％，加入硫脲，硫脲与水合肼的摩尔比为１∶１１４～３０２，搅拌均匀，将预处理后的锌片横立在反应釜的内衬中，密封反应釜，放入电热鼓风干燥箱中，加热到１７０～２００℃反应２～１３小时，自然冷却至室温，开启反应釜盖，取出锌片，用去离子水冲洗２～３次，再用无水乙醇冲洗２～３次，自然晾干，在Ｚｎ片上得到ＺｎＳ纳米棒阵列。

【技术特征摘要】
1、一种高度取向直径可调ZnS纳米棒阵列的溶剂热制备方法，其特征在于它是由下述步骤制成(1)锌片预处理将锌片裁剪成长×宽为30×8mm2的矩形片，用1500目的细砂纸打磨，放入10mL无水乙醇中，用功率为250W、频率为40kHz的数控超声波清洗器超声波清洗两次，每次10～20分钟，自然晾干；(2)制备ZnS纳米棒阵列将质量浓度为80％的水合肼加入到具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，质量浓度为80％的水合肼的加入量为聚四氟乙烯内衬容积的40％，加入硫脲，硫脲与水合肼的摩尔比为1∶114～302，搅拌均匀，将预处理后的锌片横立在反应釜的内衬中，密封反应釜，放入电热鼓风干燥箱中，加热到170～200℃反应2～13小时，自然冷却至室温，开启反应釜盖，取出锌片，用去离子水冲洗2～3次，再用无水乙醇冲洗2～3次，自然晾干，在Zn片上得到Zn...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨合情，王新悦，张丽惠，王学文，余杰，张丽娜，田莎，
申请(专利权)人：杨合情，王新悦，张丽惠，王学文，余杰，张丽娜，田莎，
类型：发明
国别省市：87