本发明专利技术公开了一种一维ZnO/ZnS核壳结构纳米阵列以及单晶ZnS纳米管阵列的制备方法，属于异质结构纳米半导体技术领域。本发明专利技术采用两步化学气相沉积法成功制备出一维ZnO/ZnS核壳结构的纳米阵列；通过醋酸除去ZnO核，得到单晶ZnS纳米管阵列。本发明专利技术制备出的一维ZnO/ZnS核壳结构纳米阵列，形貌规整，排列整齐，ZnO完全被ZnS包覆，其中ZnO和ZnS是外延关系，且ZnS是单晶外延。ZnO和ZnS的这种复合结构，由于存在电荷的转移效应，在光催化、太阳能电池以及光电开关等纳米光电领域中具有广泛的应用前景和研究价值。?
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种一维aiO/ZnS核壳结构纳米阵列以及单晶ZnS纳米管阵列的制备 方法。属于纳米半导体
技术介绍
自从1991年碳纳米管发现后，各种形貌、尺径、组分的一维或准一维无机纳米半 导体材料相继被制备出来，比如纳米带、纳米线、纳米棒、纳米环等，它们为纳米尺度器件的 制备和应用研究提供了基础材料。作为重要的II-VI族直接带隙半导体纳米材料，ZnO室温下的能隙宽度为 3. 37eV，激子束缚能为60meV，能被用于诸多领域，如光电器件、传感器、激光、生物降解、 光催化、太阳能电池等。II-VI族另外一种重要的半导体材料一SiS，室温下能隙宽度为 3. 67eV，在电致发光器件、平板显示、红外窗、激光和场发射等方面都有广泛的应用前景。目 前，基于ZnO和ZnS的纳米异质结构和性质的研究逐渐成为了热点，如SiO/ZriS的核壳纳米 结构，因能带关系形成了第二种异质结构，会产生电荷转移效应，即电荷从一种材料转移到 另一种材料中，使得这两种材料复合后的性质同单一材料相比会有很大的改变。我们知道， 就目前的加工精度来讲，单根或单个纳米尺度的一维材料很难制成器件，所以为了达到应 用目的，就应该制备出大面积具有相同生长取向的阵列。而且当材料形成阵列后，由于三维 空间内的载流子限制作用，会使其具有很强的非线性和光电效应。理论以及实践表明，ZnO/ ZnS的核壳结构纳米阵列同纯ZnO纳米材料相比有更好的光开关性质、更高的催化和降解 效率，而且在太阳能电池领域也有很好的研究价值。然而制备出高质量的aiO/aiS的核壳 结构纳米材料仍然是个挑战。目前制备的方法主要是溶液包覆法、ZnO表面硫化法以及激 光脉冲沉积等方法。以上方法制备出的aiO/aiS的核壳结构材料，ZnS结晶度不高，溶液包 覆法或表面硫化法制备出的ZnS壳层甚至是多晶，不利于其在光电领域的应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种一维aiO/ZnS核壳结构纳米阵列的 制备方法。该方法制备出的一维aiO/ZnS核壳结构纳米阵列，形貌规整，排列整齐，ZnO完 全被ZnS包覆，其中ZnO和ZnS是外延关系，且ZnS是单晶外延。这是首次利用两步化学气 相沉积法制备出高质量的一维aiO/ZnS核壳结构纳米阵列。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种单晶ZnS纳米管阵列的制备方法。该 方法利用本专利技术所述方法制备的一维aiO/ZnS核壳结构纳米阵列，经过后期醋酸浸泡处 理，得到单晶ZnS纳米管阵列。为解决上述第一个技术问题，本专利技术所提供的技术方案是一种一维aiO/ZnS核壳结构纳米阵列的制备方法，该方法包括如下步骤 a. 一维ZnO纳米阵列的制备D取ai粉末放入陶瓷舟中，然后将其放在管式炉的高温加热区，所述ai粉的纯度不 低于 99. 90% ；2)将衬底放在陶瓷舟的上方；3)打开机械泵，通入2(T30sCCm的空气控制其压强为40 100Pa；4)将管式炉高温区升至55(T650°C，升温速度为15 25°C/min，反应时间为广2小时；5)反应结束，待管式炉降至室温后，取出衬底，上面载有一维ZnO纳米阵列； b. 一维aiO/ZnS核壳结构纳米阵列的制备6)取ZnS粉末放入陶瓷舟中，然后将其放在管式炉的高温加热区，所述ZnS粉的纯度 为不低于99. 90% ；7)将载有一维ZnO纳米阵列的衬底放在管式炉的低温加热区；8)打开机械泵，待炉内真空降至0.IPa时，将3(T60sCCm的混合气通入管式炉中，控 制其压强在10(Tl000Pa，其中所述混合气中含有体积百分含量为909Γ95%的不活泼气体和 5% 10%的氢气；优选为控制其压强在30(T700Pa ；该步骤中关键在控制反应时压强，所述压强在30(Γ700Ι^之间最有利于ZnS对SiO的 包覆沉积；9)将管式炉高温区升至70(Γ1100 ，升温速度为15 25°C/min;低温区升至 60(T650°C，升温速度为15 20°C /min，反应时间为广2小时；该步骤中关键在选择高、低温区的温度，高温区温度选择在70(T110(TC，如果高温区低 于700°C，则ZnS粉末不会蒸发或蒸发很少，不利于ZnS对SiO的包覆沉积；低温区选择在 60(T650°C，有利于SiS的包覆沉积，低于或高于此温度范围，ZnS对ZnO的包覆效果差或根 本不包覆；10)反应结束，待管式炉降至室温后，取出衬底，上面载有一维aiO/ZnS核壳结构的纳 米阵列。上述制备方法中，所述纳米阵列为纳米线阵列、纳米带阵列或纳米棒阵列。上述制备方法中，所述衬底为硅片、陶瓷片、石英片或者蓝宝石片等。上述制备方法中，所述的不活泼气体为氩气、氮气、氦气或氖气中的一种。为解决上述第二个技术问题，本专利技术所提供的技术方案是一种单晶ZnS纳米管阵列的制备方法，该方法是将上述方法制备得到的载有一维SiO/ ZnS核壳结构纳米阵列的衬底放在浓度为59Γ25%的醋酸溶液中浸泡2、小时，除去ZnO核 制备得到单晶ZnS纳米管阵列。本专利技术的有益效果是本专利技术提供了一维aiO/ZnS核壳异质结构纳米阵列的一种 制备方法。此专利技术制备出的一维aiO/ZnS核壳结构纳米阵列，形貌规整，排列整齐，ZnO完 全被ZnS包覆，其中ZnO和ZnS是外延关系，且ZnS是单晶外延。通过后期醋酸处理，可以 得到单晶ZnS纳米管阵列。附图说明图1 a为ZnO纳米棒阵列的SEM图像；b ZnO纳米棒阵列对应的能谱；c为SiS/SiO 核壳纳米棒阵列的SEM图像；d为SiS/ZnO核壳纳米棒阵列对应的能谱；e为单晶ZnS纳米 管阵列的SEM图像；f为单晶SiS纳米管阵列对应的能谱；图2 a为SiO纳米棒的TEM图像；b为SiO纳米棒的HRTEM图像； 图3 a为SiO/aiS核壳结构纳米棒的TEM图像；b为aiO/ZnS核壳结构纳米棒的HRTEM 图像；图4 a为单晶SiS纳米管TEM图像；b为单晶SiS纳米管的HRTEM图像。具体实施例方式实施例1取适量ai粉放入陶瓷舟中，然后将陶瓷舟放在管式炉的高温加热区，所述ai粉的纯度 不低于99. 90% ；将硅片放在陶瓷舟的上方距离Si粉末0. 5cm ；打开机械泵，通入20sCCm的 空气控制其压强为45 Pa ；将管式炉高温区升至600°C，升温速度为15°C /min，反应时间为 1小时；反应结束，待管式炉降至室温后，取出硅片，上面载有ZnO纳米棒阵列。取0. 5g ZnS粉末(纯度为99. 99%)放入陶瓷舟中，然后将其放在管式炉的高温加 热区；将载有ZnO纳米棒阵列的硅片放在管式炉的低温加热区；打开机械泵，待炉内压强降 至0. 11 时，将40SCCm的氩气和氢气的混合气通入管式炉中，压强控制在500 Pa，其中所述 氩气在混合气中的体积百分含量为95%，氢气在混合气中的体积百分含量为5% ；将管式炉 高温区升至700°C，升温速度为17. 50C /min ；低温区升至600°C，升温速度为15°C /min，反 应时间为1小时；反应结束，待管式炉降至室温后，取出硅片，上面载有一层灰蓝色SiO/aiS 核壳结构的纳米棒阵列。然后将上述载有aiO/ZnS核壳结构纳米棒阵列的硅片放在浓度为20%的醋酸溶液 本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种一维ＺｎＯ／ＺｎＳ核壳结构纳米阵列的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：ａ． 一维ＺｎＯ纳米阵列的制备１） 取Ｚｎ粉放入陶瓷舟中，然后将陶瓷舟放在管式炉的高温加热区，所述Ｚｎ粉的纯度不低于９９．９０％；２） 将衬底放在陶瓷舟的上方；３） 打开机械泵，通入２０～３０ｓｃｃｍ的空气控制其压强为４０～１００ Ｐａ；４） 将管式炉高温区升至５５０～６５０℃，升温速度为１５～２５℃／ｍｉｎ，反应时间为１～２小时；５） 反应结束，待管式炉降至室温后，取出衬底，上面载有一维ＺｎＯ纳米阵列；ｂ．一维ＺｎＯ／ＺｎＳ核壳结构纳米阵列的制备６） 取ＺｎＳ粉末放入陶瓷舟中，然后将其放在管式炉的高温加热区，所述ＺｎＳ粉的纯度不低于９９．９０％；７） 将载有一维ＺｎＯ纳米阵列的衬底放在管式炉的低温加热区；８） 打开机械泵，待炉内真空降至０．１Ｐａ时，将３０～６０ｓｃｃｍ的混合气通入管式炉中，控制其压强在１００～１０００Ｐａ，其中所述混合气中含有体积百分含量为９０％～９５％的不活泼气体和５％～１０％的氢气；９） 将管式炉高温区升至７００～１１００℃，升温速度为１５～２５℃／ｍｉｎ；低温区升至６００～６５０℃，升温速度为１５～２０℃／ｍｉｎ，反应时间为１～２小时；１０） 反应结束，待管式炉降至室温后，取出衬底，上面载有一维ＺｎＯ／ＺｎＳ核壳结构的纳米阵列。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥敏，黄兴，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：11
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