專利名稱：一種CdS/Sn異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無機納米材料的制備方法，具體是指一種硫化鎘/錫異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法。
背景技術(shù)：
納米CdS作為典型的II-VI族半導(dǎo)體納米材料，禁帶寬度可達到2. 42eV，顯示出許多獨特的光電性能，在發(fā)光二極管、電致發(fā)光、傳感器、紅外窗口材料、光催化等許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前制備CdS納米材料的方法主要有模板法，物理氣相沉積法，化學(xué)液相法，固相法等。物理氣相沉積法-又稱為蒸發(fā)冷凝法，是用真空蒸發(fā)、激光、電弧高頻感應(yīng)、電子束照射等方法使原料氣化或形成等離子體，然后在介質(zhì)中驟冷使之凝結(jié)。物理氣相法具有裝置簡單，所用原料成本低，容易實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)越性。另外，物理氣相沉積法還可以蒸發(fā)低熔點或高熔點的材料，甚至蒸發(fā)合金材料，在蒸發(fā)鍍膜等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用。由于納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料在結(jié)構(gòu)、組成以及界面等方面的特殊性質(zhì)，使得在高效率的激光器、發(fā)光管、光電池等半導(dǎo)體器件中有的潛在應(yīng)用價值。隨著集成度的提高和對深亞微米、納米工藝的要求，低維/納米器件界面問題待解決，這是在未來光電子、納電子等量子器件實際應(yīng)用必須要解決的問題。近年來，在納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的研究也趨于成熟。但是，利用物理氣相沉積法制備CdS/Sn異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米棒狀發(fā)光材料還沒有報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出了一種方便、有效的制備方法。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案得以實現(xiàn)的—種CdS/Sn異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料的制備方法，其特征在于包括下述步驟(I)以CdS粉末和Sn粉為原料，混合碾磨15分鐘以上，使之混合均勻；將混合物置入石英舟中，取鍍金的Si片沿著氣流方向放置于石英舟的下方，將放置反應(yīng)物的石英舟放在氣流方向的上方；本發(fā)明中的上方、下方是相對而言的，是沿著氣流方向上的前、后面關(guān)系，就是氣流先經(jīng)上方，再經(jīng)下方；所以本發(fā)明中氣流是先經(jīng)過石英舟，再經(jīng)過鍍金的Si片的；整個反應(yīng)裝置密封，其中CdS粉末與Sn粉的摩爾比為4:1;(2)將反應(yīng)裝置先抽真空，然后通入氬氣至一個大氣壓；循環(huán)操作抽真空至200mmHg以下、通入氬氣2次以上；最終目標是為了把反應(yīng)裝置的可能會參與反應(yīng)的氣體排出；再穩(wěn)定通氬氣流經(jīng)反應(yīng)裝置；(3)將反應(yīng)裝置加熱至890 910°C，并保持反應(yīng)時間30 40分鐘；(4)然后再將反應(yīng)裝置自然冷卻至室溫，在Si片上所得的沉積產(chǎn)物為CdS/Sn異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料。作為優(yōu)選，上述制備方法的步驟(I)中CdS粉末和Sn粉的混合原料在瑪瑙研缽中碾磨，由于瑪瑙研缽本身的特有穩(wěn)定的特性，可以確保CdS粉末和Sn粉在碾磨時不會影響其純度等，從而可以更好確保接下來反應(yīng)的進行，以及產(chǎn)物的純度等；作為優(yōu)選，上述制備方法的步驟(I)中石英舟放置區(qū)域為反應(yīng)裝置的加熱區(qū)；放置區(qū)域為沉積區(qū)，加熱區(qū)和沉積區(qū)在反應(yīng)裝置中并不嚴格區(qū)分，但兩者在放置位置時是處于不同的區(qū)域，為了更好實現(xiàn)本發(fā)明的目的而設(shè)置。 作為優(yōu)選，上述制備方法的步驟(I)中Si片與放置原料的石英舟之間的距離為25cm0作為優(yōu)選，上述制備方法的步驟(2)中氬氣流量為350sccm(體積流量單位、意義為標況暈升每分鐘)。作為優(yōu)選，上述制備方法的步驟(3)中反應(yīng)溫度為900°C。本發(fā)明是采用物理氣相沉積法，稱取一定量的CdS粉末和Sn粉，混合于瑪瑙研缽中，碾磨15分鐘，使之混合均勻。將已碾磨好的混合物置入石英舟中，取已鍍金的Si片沿著氣體方向放置于石英舟的另一側(cè)，將反應(yīng)物石英舟置入加熱區(qū)，Si片置入沉積區(qū)。將反應(yīng)裝置爐抽真空，通入氬氣(循環(huán)操作2次)，調(diào)節(jié)氣體流量為350sCCm，使之穩(wěn)定，再調(diào)節(jié)加熱爐的溫度調(diào)節(jié)儀，設(shè)置反應(yīng)溫度890 910°C及反應(yīng)時間30 40分鐘。在Si片上所得的沉積產(chǎn)物為CdS/Sn異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料。有益效果本發(fā)明制備過程中，所用試劑均為商業(yè)產(chǎn)品，無需繁瑣制備；工藝可控性強，易操作，成本低，制得的產(chǎn)物純度高。


圖I是本發(fā)明方法物理氣相沉積反應(yīng)裝置示意圖；圖2是用本發(fā)明方法900°C制得的CdS/Sn異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料的掃描電鏡(SEM)照片；圖3是用本發(fā)明方法900°C制得的CdS/Sn異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料的X射線衍射(XRD)譜圖；圖4是用本發(fā)明方法900°C制得的CdS/Sn異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料的光電子能譜(EDS)圖；圖5是用本發(fā)明方法900°C制得的CdS/Sn異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料的發(fā)光光譜(PL)具體實施例方式以下結(jié)合實例進一步說明本發(fā)明。實施例I按摩爾比為4 I稱取一定量的CdS粉末和Sn粉，混合于瑪瑙研缽中，碾磨15分鐘，使之混合均勻。將已碾磨好的混合物置入石英舟中，取已鍍金的Si片沿著氣體方向放置于石英舟的另一側(cè)，將反應(yīng)物石英舟置入加熱區(qū)，Si片置入沉積區(qū)，如圖I所示。將反應(yīng)裝置先抽真空，然后通入氬氣至一個大氣壓；循環(huán)操作抽真空至200mmHg以下、通入氬氣2次；調(diào)節(jié)氬氣流量為350sCCm，使之穩(wěn)定，再調(diào)節(jié)加熱爐的溫度調(diào)節(jié)儀，設(shè)置反應(yīng)溫度900°C及反應(yīng)時間30分鐘。在Si片上獲得沉積產(chǎn)物。將所得產(chǎn)物直接在掃描電鏡下觀察，得到如圖2所示，可以發(fā)現(xiàn)大量直徑在50到200納米左右的螺紋齒狀納米棒結(jié)構(gòu)。圖3的XRD分析表明CdS/Sn納米棒結(jié)構(gòu)主體為六方晶形的CdS結(jié)構(gòu)。另外,還出現(xiàn)AuSn合金的峰,表明該結(jié)構(gòu)是由CdS和AuSn兩種物質(zhì)組成，形成了異質(zhì)結(jié)構(gòu)。圖4的EDS譜表明了 CdS結(jié)構(gòu)中含有Cd、S和Sn元素，進一步證明了產(chǎn)物的成分是由CdS和Sn組成。圖5為產(chǎn)物的PL圖，510nm發(fā)射峰對應(yīng)于CdS本身的禁帶發(fā)射,718nm是由于CdS表面缺陷比如S-空位等等所引起的長波長發(fā)射峰,而在467nm處有一較尖銳發(fā)射峰，這是由于Sn的存在所造成的，這使得CdS/Sn納米棒異質(zhì)結(jié)構(gòu)的發(fā)射峰發(fā)生了藍移現(xiàn)象。實施例2如同實施例1，稱取一定量的CdS粉末和Sn粉,混合于瑪瑙研缽中，碾磨15分鐘，使之混合均勻。將已碾磨好的混合物置入石英舟中，取已鍍金的Si片沿著氣體方向放置于石英舟的另一側(cè)，將反應(yīng)物石英舟置入加熱區(qū)，Si片置入沉積區(qū)。將反應(yīng)裝置先抽真空，然后通入氬氣至一個大氣壓；循環(huán)操作抽真空至200mmHg以下、通入氬氣2次；調(diào)節(jié)氬氣流量為350sCCm，使之穩(wěn)定，再調(diào)節(jié)加熱爐的溫度調(diào)節(jié)儀，設(shè)置反應(yīng)溫度900°C及反應(yīng)時間40分鐘。在Si片上獲得沉積產(chǎn)物。在Si片上獲得沉積產(chǎn)物。產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)、元素組成及發(fā)光性能均與實施例1相同。實施例3如同實施例1，稱取一定量的CdS粉末和Sn粉,混合于瑪瑙研缽中，碾磨15分鐘，使之混合均勻。將已碾磨好的混合物置入石英舟中，取已鍍金的Si片沿著氣體方向放置于石英舟的另一側(cè)，將反應(yīng)物石英舟置入加熱區(qū)，Si片置入沉積區(qū)。將反應(yīng)裝置先抽真空，然后通入氬氣至一個大氣壓；循環(huán)操作抽真空至200mmHg以下、通入氬氣2次；調(diào)節(jié)氬氣流量為350sCCm，使之穩(wěn)定，再調(diào)節(jié)加熱爐的溫度調(diào)節(jié)儀，設(shè)置反應(yīng)溫度910°C及反應(yīng)時間30分鐘。在Si片上獲得沉積產(chǎn)物。在Si片上獲得沉積產(chǎn)物。產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)、元素組成及發(fā)光性能均與實施例I相同。實施例4如同實施例I，稱取一定量的CdS粉末和Sn粉，混合于瑪瑙研缽中，碾磨15分鐘，使之混合均勻。將已碾磨好的混合物置入石英舟中，取已鍍金的Si片沿著氣體方向放置于石英舟的另一側(cè)，將反應(yīng)物石英舟置入加熱區(qū)，Si片置入沉積區(qū)。將反應(yīng)裝置先抽真空，然后通入氬氣至一個大氣壓；循環(huán)操作抽真空至200mmHg以下、通入氬氣2次；調(diào)節(jié)氬氣流量為350sCCm，使之穩(wěn)定，再調(diào)節(jié)加熱爐的溫度調(diào)節(jié)儀，設(shè)置反應(yīng)溫度890°C及反應(yīng)時間40分鐘。在Si片上獲得沉積產(chǎn)物。在Si片上獲得沉積產(chǎn)物。產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)、元素組成及發(fā)光性能均與實施例I相同。
權(quán)利要求
1.一種CdS/Sn異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料的制備方法，其特征在于包括下述步驟 (1)以CdS粉末和Sn粉為原料，混合碾磨15分鐘以上，使之混合均勻；將混合物置入石英舟中，取鍍金的Si片沿著氣流方向放置于石英舟的下方；整個反應(yīng)裝置密封，其中CdS粉末與Sn粉的摩爾比為4:1; (2)將反應(yīng)裝置先抽真空，然后通入氬氣至一個大氣壓； 對反應(yīng)裝置進行循環(huán)操作抽真空至200mmHg以下、通入氬氣2次以上；再穩(wěn)定通氬氣流經(jīng)反應(yīng)裝置； (3)將反應(yīng)裝置加熱至890 910°C，并保持反應(yīng)時間30 40分鐘； (4)然后再將反應(yīng)裝置自然冷卻至室溫，在Si片上所得的沉積產(chǎn)物為CdS/Sn異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于步驟(I)中CdS粉末和Sn粉的混合原料在瑪瑙研缽中碾磨。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于步驟(I)中石英舟放置區(qū)域為反應(yīng)裝置的加熱區(qū)；Si片放置區(qū)域為沉積區(qū)，并且Si片與石英舟之間的距離為25cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中氬氣流量為350sCCm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于步驟(3)中反應(yīng)溫度為900°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無機納米材料的制備方法，具體是指一種硫化鎘/錫異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法。本發(fā)明通過物理氣相沉積法，將CdS粉末和Sn粉混合均勻后置于石英舟，然后把鍍金的Si片，沿著氣流方向放置于石英舟的下方，進行抽真空后對石英舟位置加熱到890～910℃；再經(jīng)冷卻后可得產(chǎn)物。本發(fā)明的優(yōu)點工藝可控性強，易操作，成本低，制得的產(chǎn)物純度高。本發(fā)明所制備的產(chǎn)品在半導(dǎo)體行業(yè)具有廣泛的用途。
文檔編號C09K11/66GK102618269SQ20121006541
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月13日
發(fā)明者唐為華, 李培剛, 王順利 申請人:浙江理工大學(xué)