一種大尺寸ZnSe納米片的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大尺寸ZnSe納米片的制備方法，該方法是采用溶劑熱法，即：先利用溶劑熱法在高壓反應(yīng)釜中制備出ZnSe納米片的前驅(qū)體，通過控制溶劑與去離子水的體積比以及高壓反應(yīng)釜的填充度來得到納米片形貌，接著在管式電阻爐中燒結(jié)前驅(qū)體得到大尺寸的ZnSe納米片。該方法具有操作簡單，能耗低，對環(huán)境污染小等優(yōu)點，并且制備過程中所用原料及溶劑成本低且毒性低，易于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。
【專利說明】—種大尺寸ZnSe納米片的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大尺寸ZnSe納米片的制備方法,屬于發(fā)光材料領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]ZnSe作為一種重要的直接帶隙I1-VI族半導(dǎo)體發(fā)光材料，室溫下禁帶寬度為
2.67 eV，激子束縛能為21 me V,因為ZnSe的本征發(fā)射處于藍光區(qū)或者藍綠光區(qū)，特別是在可見光范圍內(nèi)具有優(yōu)異的光學(xué)特性和電學(xué)特性，是優(yōu)良的發(fā)光、激光和非線性光學(xué)材料，在傳統(tǒng)的光電應(yīng)用方面具有不可替代的優(yōu)勢，例如:藍色發(fā)光器件，紅外熱成像儀，全天候光學(xué)裝置，短波長激光器以及透射窗口材料等，無論是基礎(chǔ)研究，還是實際應(yīng)用方面都有著極為廣闊的應(yīng)用前景。ZnSe基寬帶I1-VI族半導(dǎo)體在過去的十幾年中已經(jīng)取得了一系列的進展，ZnSe在0.15?22 μ m波長范圍內(nèi)具有良好的透射性能和穩(wěn)定的折射性能，使得ZnSe成為制造光電器件的理想材料之一，所以有必要對ZnSe納米材料的合成方法及其光電性能等方面進行深入細致的研究，在一些新興的產(chǎn)業(yè)中，ZnSe納米材料同樣具有不可替代的地位，例如:太陽能電池、生物醫(yī)學(xué)以及光催化降解有機污染物等方面。
[0003]雖然研究工作者在ZnSe基納米材料上一直進行不斷的探索研究，但是以前的相對較成功的合成方法都存在一些缺點。例如:原材料中的二甲基鋅就像二甲基鎘一樣既昂貴又有毒，Se粉溶解于有毒且昂貴的源材料，比如說三辛基膦(TOP)和三丁基膦(TBP)中，使用這些材料即使是對制備的ZnSe納米晶體進行了后期的處理，這些有毒物質(zhì)的泄露也會產(chǎn)生不可估量的影響，所以致力于尋找環(huán)保易行的綠色化學(xué)方法合成ZnSe納米材料非常必要。
[0004]近年來，ZnSe納米結(jié)構(gòu)，包括各種不同的幾何形貌:量子點、納米棒、納米線、納米花、納米帶、薄膜等，都已經(jīng)通過不同的方法合成出來，例如:2006年Hongzhi Fu等在((Journal of Crystal Growth》上報道了利用一種簡單的化學(xué)氣相沉積法制備ZnSe納米針；2008 年 Joysurya Basu 等在《JOURNAL OF APPLIED PHYSICS))上報道了利用 MBE 方法合成ZnSe納米線，并且詳細探討了納米線的生長機制；2011年Saikat Chattopadhyay等在《Materials Letters》上發(fā)表了利用化學(xué)方法合成ZnSe量子點，并對量子點的晶格膨脹問題進行了解釋說明；盡管科學(xué)家做了大量的努力，但是大尺寸的ZnSe納米片的報道還不多。納米片在一個尺度上達到納米量級，而另外兩個維度上能夠達到微米量級，其高的堆垛密度和大的比表面積使得ZnSe納米片材料在納米電子器件和生物【技術(shù)領(lǐng)域】有許多重要應(yīng)用。二維ZnSe納米片因為具有較大的比表面積，使其在光催化領(lǐng)域顯示出較大的應(yīng)用前景，尺寸達到微米量級以后，更有利于其在器件方面的應(yīng)用，從而進入我們的實際生產(chǎn)生活中。因此尋找一種簡單易行的合成方法制備大尺寸ZnSe納米片是非常有意義的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是要提供一種大尺寸ZnSe納米片的制備方法，該方法操作簡單，能耗低，對環(huán)境污染小，并且制備過程中所用原料及溶劑成本低且毒性低。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，該方法采用溶劑熱方法制備大尺寸ZnSe納米片，通過調(diào)節(jié)溶劑與去離子水的體積比和高壓反應(yīng)釜的填充度，制備出大尺寸的ZnSe納米片，其具體制備方法如下:
(1)、制備前驅(qū)體
以下材料按質(zhì)量配比=Zn(NO3)2.6Η20:去離子水:乙二胺等于7.437:100:179.8，先按比例將Zn(NO3)2.6Η20與去離子水混合，然后攪拌，使其成為無色透明溶液，再加入乙二胺，磁力攪拌I小時后得混合溶液，再將與Zn (NO3) 2.6Η20的摩爾比為1:1的硒粉加入到混合溶液中，然后將加入硒粉的混合溶液轉(zhuǎn)移到帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，高壓反應(yīng)釜的填充度為75%-80%，將高壓反應(yīng)釜密封后置于溫度為180 V的烘箱中，保溫12小時，反應(yīng)完成后使高壓反應(yīng)釜在空氣中自然冷卻至室溫，取出產(chǎn)物，將取出的產(chǎn)物再利用蒸餾水、無水乙醇分別各超聲、離心洗滌5-7次，最后55-60°C干燥I小時得到前驅(qū)體；
(2)、燒結(jié)處理
將步驟(I)得到的前驅(qū)體放在管式電阻爐中在氬氣氣氛下，首先從30°C經(jīng)過30分鐘升溫至100°C，然后從100°C經(jīng)過50分鐘升溫至200°C，從200°C經(jīng)過50分鐘升溫至300°C，300°C保溫10分鐘，從300°C經(jīng)過10分鐘升溫至310°C，310°C保溫10分鐘，從310°C經(jīng)過20分鐘升溫至330°C，330°C保溫10分鐘，從330°C經(jīng)過20分鐘升溫至350°C，350°C下保溫3小時，然后自然冷卻至室溫，冷卻過程中仍然通氬氣，最后得到大尺寸ZnSe納米片。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點和效果是:
1、本發(fā)明采用溶劑熱法，即:先利用溶劑熱法在高壓反應(yīng)釜中制備出ZnSe納米片的前驅(qū)體，通過控制溶劑與去離子水的體積比以及高壓反應(yīng)釜的填充度來得到納米片形貌，接著在管式電阻爐中燒結(jié)前驅(qū)體得到大尺寸的ZnSe納米片。
[0008]2、本發(fā)明方法具有操作簡單，能耗低，對環(huán)境污染小等優(yōu)點，并且制備過程中所用原料及溶劑成本低且毒性低，易于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。
[0009]3、本發(fā)明通過調(diào)節(jié)溶劑與去離子水的體積比，和高壓反應(yīng)釜的填充度，成功實現(xiàn)了大尺寸ZnSe納米片的制備，本發(fā)明為其他納米材料大尺寸納米片的制備提供了有效后備方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明大尺寸ZnSe納米片的XRD圖。
[0011]圖2是本發(fā)明大尺寸ZnSe納米片的透射電鏡圖。
[0012]圖3是本發(fā)明大尺寸ZnSe納米片的高分辨圖。
[0013]圖4是本發(fā)明大尺寸ZnSe納米片的電子衍射圖。

【具體實施方式】
[0014]1、制備前驅(qū)體
以下材料按質(zhì)量配比Zn(NO3)2.6H20:去離子水:乙二胺等于7.437:100:179.8，稱取Zn(NO3)2.6H20 1.4875克、去離子水20毫升、乙二胺40毫升，先將Zn (NO3)2.6H20與去離子水混合，然后攪拌，使其成為無色透明溶液，再加入乙二胺，磁力攪拌I小時后得混合溶液，再將與Zn (NO3) 2.6Η20的摩爾比為1:1的硒粉0.3948克，加入到混合溶液中，然后將加入硒粉的轉(zhuǎn)移到帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，高壓反應(yīng)釜的填充度為75%-80%，將高壓反應(yīng)釜密封后置于溫度為180 1:的烘箱中，保溫12小時，反應(yīng)完成后使高壓反應(yīng)釜在空氣中自然冷卻至室溫，取出產(chǎn)物，將取出的產(chǎn)物再利用蒸餾水、無水乙醇分別各超聲、離心洗滌5-7次，最后55-60°C干燥I小時得到前驅(qū)體；
2、燒結(jié)處理
將步驟I中得到的前驅(qū)體放在管式電阻爐中在氬氣氣氛下，首先，從30°C經(jīng)過30分鐘升溫至100°C，然后從100°C經(jīng)過50分鐘升溫至200°C，從200°C經(jīng)過50分鐘升溫至300°C，300°C保溫10分鐘，從300°C經(jīng)過10分鐘升溫至310°C，310°C保溫10分鐘，從310°C經(jīng)過20分鐘升溫至330°C，330°C保溫10分鐘，從330°C經(jīng)過20分鐘升溫至350°C，350°C下保溫3小時，然后自然冷去至室溫，冷卻過程中仍然通氬氣，最后得到大尺寸ZnSe納米片。
[0015]結(jié)論:通過上述方法得到的ZnSe納米片的X-射線衍射圖如圖1所示，表明ZnSe納米片是六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，通常情況下，立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定相，而六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)是熱力學(xué)亞穩(wěn)相。該亞穩(wěn)相的合成要求非常苛刻的條件，在反應(yīng)過程中，兩種不同的結(jié)構(gòu)相又極易共存。我們的反應(yīng)條件相對溫和，并且產(chǎn)物純度高。圖2給出了 ZnSe納米片的低倍透射電鏡圖，從圖中可以清楚的看到片狀結(jié)構(gòu)，并且尺寸已經(jīng)達到微米量級。此外，圖3是ZnSe納米片的高分辨圖，圖4是ZnSe納米片的電子衍射圖，從高分辨和電子衍射圖中，可以得出ZnSe納米片的結(jié)晶質(zhì)量非常好，晶格生長完整。
【權(quán)利要求】
1.一種大尺寸ZnSe納米片的制備方法，其特征在于:該方法采用溶劑熱方法制備大尺寸ZnSe納米片，通過調(diào)節(jié)溶劑與去離子水的體積比和高壓反應(yīng)釜的填充度，制備出大尺寸的ZnSe納米片，其具體制備方法如下: (1)、制備前驅(qū)體 以下材料按質(zhì)量配比=Zn(NO3)2.6Η20:去離子水:乙二胺等于7.437:100:179.8，先按比例將Zn(NO3)2.6Η20與去離子水混合，然后攪拌，使其成為無色透明溶液，再加入乙二胺，磁力攪拌I小時后得混合溶液，再將與Zn (NO3) 2.6Η20的摩爾比為1:1的硒粉加入到混合溶液中，然后將加入硒粉的混合溶液轉(zhuǎn)移到帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，高壓反應(yīng)釜的填充度為75%-80%，將高壓反應(yīng)釜密封后置于溫度為180 V的烘箱中，保溫12小時，反應(yīng)完成后使高壓反應(yīng)釜在空氣中自然冷卻至室溫，取出產(chǎn)物，將取出的產(chǎn)物再利用蒸餾水、無水乙醇分別各超聲、離心洗滌5-7次，最后55-60°C干燥I小時得到前驅(qū)體； (2)、燒結(jié)處理 將步驟(I)得到的前驅(qū)體放在管式電阻爐中在氬氣氣氛下，首先從30°C經(jīng)過30分鐘升溫至100°C，然后從100°C經(jīng)過50分鐘升溫至200°C，從200°C經(jīng)過50分鐘升溫至300°C，300°C保溫10分鐘，從300°C經(jīng)過10分鐘升溫至310°C，310°C保溫10分鐘，從310°C經(jīng)過20分鐘升溫至330°C，330°C保溫10分鐘，從330°C經(jīng)過20分鐘升溫至350°C，350°C下保溫3小時，然后自然冷卻至室溫，冷卻過程中仍然通氬氣，最后得到大尺寸ZnSe納米片。
【文檔編號】C01B19/04GK104229758SQ201310224560
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月7日
【發(fā)明者】馮博, 曹健, 楊景海 申請人:吉林師范大學(xué)