專利名稱：一種四足結(jié)構(gòu)的納米硒化鋅及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米硒化鋅材料的結(jié)構(gòu)、制備方法以及可能應(yīng)用，更具體地說，本發(fā)明涉及一種四足結(jié)構(gòu)(Tetrapods)的硒化鋅(ZnSe)納米顆粒的結(jié)構(gòu)、制備方法。屬于納米半
導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硒化鋅(ZnSe)作為重要的II-VI族半導(dǎo)體，其塊體材料在室溫下禁帶寬度為2.70eV。硒化鋅基納米材料在多個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用是人們非常感興趣的課題，諸如發(fā)光二極管(LED)、太陽能電池、藍(lán)光范圍的光電器件、光電探測器[Haase, M.A., et al., Znse-Znsse ElecttoopticWave-Guide Modulators. Applied Physics Letters, 1991. 59(25): p. 3228-3229.]和全天候的紅外材料等。與砷化鎵(激子束縛能為4.2meV)相比，硒化鋅具有引人注目的激子束縛能(21 meV)。近年來，許多研究組通過多種方法制備了多種形貌的硒化鋅，例如硒化鋅線、帶、棒、片、核殼結(jié)構(gòu)以及空心球結(jié)構(gòu)等。由于硒化鋅的六方相在一般環(huán)境下熱力學(xué)的不穩(wěn)定性，多數(shù)報(bào)道的硒化鋅納米材料都是閃鋅礦(立方)結(jié)構(gòu)。
特殊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體納米材料具備諸多新穎特性，因此它很有潛力成為納米尺度光電子材料和器件的功能性元素，引起了人們廣泛的關(guān)注。制備結(jié)構(gòu)-致、形貌復(fù)雜的半導(dǎo)體納米材料有可能開發(fā)出新型功能材料。納米半導(dǎo)體材料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)是其成為功能性材料或進(jìn)一步整合為納米器件的要素[Duan, X.F., et al.， Single-nanowire electrically driven lasers. Nature, 2003.421(6920): p. 241-245.]。四足硒化鋅納米晶是復(fù)雜硒化鋅結(jié)構(gòu)中引人注目的一種，曾報(bào)道的此類硒化鋅或者硫硒鋅三元化合物的四足結(jié)構(gòu)都是單一的纖鋅礦(六方)結(jié)構(gòu)。
鑒于此，本發(fā)明人試圖通過熱蒸發(fā)技術(shù)，制備出具有非單一相的四足結(jié)構(gòu)硒化鋅納米晶，通過得到硒化鋅的特殊結(jié)構(gòu)來達(dá)到尋求其新應(yīng)用的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于制備一種特殊的四足結(jié)構(gòu)硒化鋅。這種四足硒化鋅具有一個(gè)立方晶核和四個(gè)均為六方相的對(duì)稱的分支足。該結(jié)構(gòu)不同于通常單一相的四足硒化鋅，特殊的結(jié)構(gòu)將帶來硒化鋅在光電材料方面可能的新功能和應(yīng)用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述四足硒化鋅納米材料的制備方法。
本發(fā)明的實(shí)施方案如下
一種四足結(jié)構(gòu)的納米硒化鋅，其特征在于該硒化鋅納米晶由兩個(gè)晶相構(gòu)成，具體為一個(gè)立方晶核和四個(gè)均為六方相的對(duì)稱的分支足，立方晶核為立方相閃鋅礦結(jié)構(gòu)晶核，六方相為纖鋅礦結(jié)構(gòu)。
上述四足結(jié)構(gòu)的納米硒化鋅的制備方法
a. 將硒化鋅粉末與活性碳粉末混合作為原料，硒化鋅與碳粉的摩爾比為3 5:1放置于石英管的加熱區(qū)。
b. 持續(xù)通入高純氮?dú)?，作為熱蒸發(fā)反應(yīng)的運(yùn)載氣體，氮?dú)獾牧髁靠刂圃?00 800ml/min的氮?dú)?，氣壓保持為latm。
c. 開啟高溫電阻爐，控制石英管中反應(yīng)時(shí)原料區(qū)的溫度為1000 1200'C,反應(yīng)時(shí)間為30 120min。
d. 反應(yīng)結(jié)束后，待爐膛冷卻到室溫后，在石英管的250 400'C (反應(yīng)時(shí))溫區(qū)位置收集到了黃色最終產(chǎn)物。
上述四足結(jié)構(gòu)的納米硒化鋅的制各方法制得的硒化鋅納米晶在結(jié)構(gòu)上同時(shí)存在兩個(gè)晶相閃鋅礦(立方相)晶核和四個(gè)纖鋅礦(六方相)的對(duì)稱分枝；每個(gè)分枝的長度和直徑分別為50 150nm和80 120nm。
結(jié)構(gòu)表征
利用X-射線衍射儀(XRD)，掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)對(duì)所得到的產(chǎn)物進(jìn)行表征。根據(jù)其XRD圖譜，該材料分別包括立方相(晶格常數(shù)『5.699A)和六方相(晶格常數(shù)a=3.996 c=6.55A);由SEM圖和TEM圖，可以看到該材料是形貌均一的短納米棒結(jié)構(gòu)，分別從晶核長出對(duì)稱的四個(gè)棒狀分枝，每個(gè)分枝是規(guī)則的六棱柱狀結(jié)構(gòu)，擁有較好晶面的六邊形截面(001)，每個(gè)分枝的長度和直徑分別為50 150mn和80 120nm。
本發(fā)明特點(diǎn)及用途
本發(fā)明的硒化鋅四足結(jié)構(gòu)納米晶為無催化劑情況下熱蒸發(fā)法反應(yīng)而制得，不同于已報(bào)道的硒化鋅四足納米晶結(jié)構(gòu)的制備普遍采用錫(Sn)作為催化劑；結(jié)構(gòu)上由閃鋅礦(立方)和纖鋅礦(六方)構(gòu)成，具體為立方晶核外延生長出四個(gè)六方相的分枝足，也不同于已報(bào)道的為單一六方相的四足硒化鋅。
納米晶被制備成復(fù)雜形貌和一致的三維結(jié)構(gòu)將可能推動(dòng)其得到進(jìn)一步應(yīng)用和成為新型的功能性材料，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的硒化鋅納米晶較一般塊體硒化鋅有特殊的發(fā)光峰位，四足硒化鋅納米晶在橙色和藍(lán)色波段有較明顯的熒光發(fā)射，將有可能開發(fā)出新型的光電材料。


對(duì)各說明節(jié)附圖做簡略說明
圖l顯示了合成產(chǎn)物的X-射線衍射圖譜。結(jié)果表明，產(chǎn)物具備很好結(jié)晶性，由六方相和立方相(*峰位)兩種晶相組成。
圖2是產(chǎn)物在不同分辨率下(a-c〉的SEM圖像。結(jié)果表明，產(chǎn)物為形貌和尺寸較為均一的四足納米結(jié)構(gòu)。
圖3是產(chǎn)物不同分辨率和不同角度下(a-c)的TEM圖像。圖中可以看出，產(chǎn)物對(duì)稱的
四個(gè)分支足為短棒狀六棱柱，截面為較為規(guī)整的六邊形。
圖4是產(chǎn)物不同分辨率下(a-c)的HRTEM圖像。結(jié)果表明，產(chǎn)物的分枝部分沿
方向生長，為六方相；其晶核為立方相。晶核的(111)面與分枝的(010)面有較好的匹配
(面間距分別為0.33腿和0.34應(yīng))。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例和對(duì)比例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明絕非限于實(shí)施例。實(shí)施例1
首先取1.40g硒化鋅粉末與0.20g活性碳粉混合均勻，將混合粉末放入高溫電阻爐石英管的加熱區(qū)，密閉后抽真空。隨后向管內(nèi)通入氮?dú)?，持續(xù)通入流量為600ml/min的氮?dú)?，并保持管?nèi)為一個(gè)大氣壓。開啟電阻爐，控制原料區(qū)溫度在UOO。C，加熱60min后關(guān)閉電阻爐，整個(gè)反應(yīng)過程中始終保持通入恒流的氮?dú)庾鳛檫\(yùn)載氣體。待石英管冷卻至室溫后，在管內(nèi)加熱時(shí)為2S0 300。C的沉積區(qū)域取得黃色反應(yīng)產(chǎn)物。
利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)對(duì)所得到的產(chǎn)物進(jìn)行表征。表征結(jié)果表明，所得產(chǎn)物由立方和六方兩個(gè)晶相組成，為形貌均一的四足結(jié)構(gòu)硒化鋅，每個(gè)分支足為長度和直徑分別為80nm和100nm的六棱柱形短棒，以(001)方向堆疊，沿
方向生長。實(shí)施例2
首先取1.40g硒化鋅粉末與0.20g活性碳粉混合均勻，將混合粉末放入高溫電阻爐石英管的加熱區(qū)，密閉后抽真空。隨后向管內(nèi)通入氮?dú)?，持續(xù)通入流量為600ml/min的氮?dú)猓⒈３止軆?nèi)為一個(gè)大氣壓。開啟電阻爐，控制原料區(qū)溫度在HOO。C，加熱90min后關(guān)閉電阻爐，整個(gè)反應(yīng)過程中始終保持通入恒流的氮?dú)庾鳛檫\(yùn)載氣體。待石英管冷卻至室溫后，在管內(nèi)加熱時(shí)為280 320°C的沉積區(qū)域取得黃色反應(yīng)產(chǎn)物。
利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)以及紫外-
可見吸收光譜儀(UV-Visible Spectrophotometer)對(duì)所得到的產(chǎn)物進(jìn)行表征。表征結(jié)果與實(shí)施
例1類似。實(shí)施例3首先取1.40g硒化鋅粉末與0.12g活性碳粉混合均勻，將混合粉末放入高溫電阻爐石英管的加熱區(qū)，密閉后抽真空。隨后向管內(nèi)通入氮?dú)猓掷m(xù)通入流量為600ml/min的氮?dú)?，并保持管?nèi)為一個(gè)大氣壓。開啟電阻爐，控制原料區(qū)溫度在UOO。C，加熱卯min后關(guān)閉電阻爐，整個(gè)反應(yīng)過程中始終保持通入恒流的氮?dú)庾鳛檫\(yùn)載氣體。待石英管冷卻至室溫后，在管內(nèi)加熱時(shí)為280 300°C的沉積區(qū)域取得黃色反應(yīng)產(chǎn)物。
利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)對(duì)所得到的
產(chǎn)物進(jìn)行表征。表征結(jié)果表明，所得產(chǎn)物由立方和六方兩個(gè)晶相組成，為形貌均一的四足結(jié)
構(gòu)硒化鋅，每個(gè)分支足為長度和直徑分別為60nm和100nm的六棱柱形短棒，其他表征結(jié)果
與實(shí)施例1類似。實(shí)施例4
首先取1.40g硒化鋅粉末與0.20g活性碳粉混合均勻，將混合粉末放入高溫電阻爐石英管的加熱區(qū)，密閉后抽真空。隨后向管內(nèi)通入氮?dú)猓掷m(xù)通入流量為600ml/min的氮?dú)?，并保持管?nèi)為一個(gè)大氣壓。開啟電阻爐，控制原料區(qū)溫度在UOO。C，加熱60min后關(guān)閉電阻爐，整個(gè)反應(yīng)過程中始終保持通入恒流的氮?dú)庾鳛檫\(yùn)載氣體。待石英管冷卻至室溫后，在管內(nèi)加熱時(shí)為240 270°C的沉積區(qū)域取得黃色反應(yīng)產(chǎn)物。
利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)對(duì)所得到的
產(chǎn)物進(jìn)行表征。表征結(jié)果表明，所得產(chǎn)物由立方和六方兩個(gè)晶相組成，為形貌均一的四足結(jié)
構(gòu)硒化鋅，每個(gè)分支足為長度和直徑分別為60nm和90nm的六棱柱形短棒，其他表征結(jié)果與
實(shí)施例1類似。對(duì)比例1
首先取1.40g硒化鋅粉末與0.20g活性碳粉和0.10g—氧化錫(SnO)粉末混合均勻，將混合粉末放入高溫電阻爐石英管的加熱區(qū)，密閉后抽真空。隨后向管內(nèi)通入氮?dú)?，持續(xù)通入流量為600ml/min的氮?dú)猓⒈３止軆?nèi)為一個(gè)大氣壓。開啟電阻爐，控制原料區(qū)溫度在1100°C,加熱60min后關(guān)閉電阻爐，整個(gè)反應(yīng)過程中始終保持通入恒流的氮?dú)庾鳛檫\(yùn)載氣體。待石英管冷卻至室溫后，在管內(nèi)加熱時(shí)為280 300°C的沉積區(qū)域取得黃色反應(yīng)產(chǎn)物。
利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)對(duì)所得到的產(chǎn)物進(jìn)行表征。表征結(jié)果表明，所得產(chǎn)物由單一的六方相組成，為形貌均一的四足結(jié)構(gòu)硒化鋅，每個(gè)分支足為長度和直徑分別為60nm和100nm的六棱柱形短棒，以(001)方向堆疊，沿
方向生長。
權(quán)利要求
1.一種四足結(jié)構(gòu)的納米硒化鋅，其特征在于該硒化鋅納米晶由兩個(gè)晶相構(gòu)成，具體為由一個(gè)立方晶核外延生長出四個(gè)均為六方相的對(duì)稱的分支足，立方晶核為立方相閃鋅礦結(jié)構(gòu)晶核，六方相為纖鋅礦結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的四足結(jié)構(gòu)的納米硒化鋅的制備方法，其特征在于采用如下具體步驟以硒化鋅粉末與活性碳粉末的摩爾比為3 5:1混合作為原料，以高純氮?dú)鉃檫\(yùn)載氣， 在卨溫電阻爐的石英管屮，于原料區(qū)反應(yīng)溫度在1000 1200。C熱蒸發(fā)反應(yīng)30 120min， 反應(yīng)后，在石英管中反應(yīng)時(shí)的溫區(qū)為250 400。C區(qū)域收集到的沉積產(chǎn)物，即為四足結(jié)構(gòu) 的納米硒化鋅材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的四足結(jié)構(gòu)的納米硒化鋅的制備方法，其特征在于制得的硒化鋅納米 晶在結(jié)構(gòu)上同時(shí)存在兩個(gè)晶相閃鋅礦(立方相)晶核和四個(gè)纖鋅礦(六方相)的對(duì)稱分 枝；每個(gè)分枝的長度和直徑分別為50 150nm和80 120nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種四足結(jié)構(gòu)的納米硒化鋅，該硒化鋅納米晶由兩個(gè)晶相構(gòu)成，具體為一個(gè)立方晶核和四個(gè)均為六方相的對(duì)稱的分支足。其制備方法是以硒化鋅粉末與活性碳粉末的摩爾比為3～5∶1混合作為原料，以高純氮?dú)鉃檫\(yùn)載氣，在高溫電阻爐的石英管中，于原料區(qū)反應(yīng)溫度在1000～1200℃熱蒸發(fā)反應(yīng)30～120min，反應(yīng)后，在石英管中反應(yīng)時(shí)的溫區(qū)為250～400℃區(qū)域收集到的沉積產(chǎn)物，即為四足結(jié)構(gòu)的硒化鋅納米晶材料。基于這種成本低廉、操作簡單的半導(dǎo)體材料制備，將有可能開發(fā)出具備新穎光電性能的新型半導(dǎo)體納米材料。
文檔編號(hào)B82B3/00GK101671007SQ20091019659
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月27日
發(fā)明者真 劉, 祝迎春, 馬國宏 申請(qǐng)人:上海大學(xué)