專利名稱：一種硫化鎳納米線陣列的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于硫化物半導(dǎo)體納米材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種硫化鎳納米
線陣列的制備方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)對光電子器件的微小化有重要的意義。近年來隨著納米材料研究 的深入，越來越多的研究集中在半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)，尤其是化合物半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)，諸如具有 光檢測性能的氧化鋅納米線結(jié)陣列等。那么半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的合成就是首要的任務(wù)，電化 學(xué)合成是最簡單、低廉方法。到目前為止，電化學(xué)法只能合成有限種類的化合物半導(dǎo)體納米 結(jié)構(gòu)，不利于半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的器件化和廣泛應(yīng)用。迄今為止，還未見有電化學(xué)方法合成化 合物硫化鎳半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明的目的旨在提供一種硫化鎳納米線陣 列的制備方法。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下 —種硫化鎳(NiS)納米線陣列的制備方法首先以多孔氧化鋁為模板，在其上電 化學(xué)沉積硫化鋅(ZnS)納米線陣列，之后將含有ZnS納米線陣列的多孔氧化鋁模板置于由 硫酸鎳(NiS04)鹽和硼酸(H3B03)加水配制的電沉積溶液中，電沉積溶液中NiS04鹽濃度為 0. 5 0. 6mol/L、 H3B03濃度為0. 45 0. 52mol/L，以含有ZnS納米線陣列的多孔氧化鋁模 板為陰極，以石墨片為陽極，室溫下加以直流_4. 0 -2. 0V的電壓通過電化學(xué)置換反應(yīng)獲 得含有NiS納米線陣列的多孔氧化鋁模板。 進(jìn)一步，為獲取單一的NiS納米線陣列，在獲得含有NiS納米線陣列的多孔氧化鋁
模板之后，溶去多孔氧化鋁模板即獲得NiS納米線陣列。本發(fā)明中，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員常
規(guī)技術(shù)溶去多孔氧化鋁模板，比如利用氫氧化鈉溶液溶去多孔氧化鋁模板。 再進(jìn)一步，所述硫酸鎳鹽為無水硫酸鎳(無水NiS04)、七水合硫酸鎳(NiS04 *7H20)
或其組合。 較好地，陰陽兩極間距優(yōu)選50 80cm。 本發(fā)明電化學(xué)置換反應(yīng)時間長短主要在于保證ZnS納米線陣列被NiS納米線陣列 置換完全，無非時間長了能夠置換完全，時間短了殘留有ZnS納米線陣列，本領(lǐng)域技術(shù)人員 通過有限次試驗可以很容易確定"ZnS納米線陣列置換完全"所需時間，本發(fā)明中置換反應(yīng) 時間優(yōu)選5 8h。 本發(fā)明中，以多孔氧化鋁為模板，在其上電化學(xué)沉積ZnS納米線陣列屬于現(xiàn)有 技術(shù)(相關(guān)文獻(xiàn)有1、艾漢華，萬淼，任璐，段金霞，黃新堂.發(fā)光學(xué)報.多孔氧化鋁模板 制備ZnS納米線陣列及其光致發(fā)光譜.第26巻第5期，631 634 ;2、中國專利，申請?zhí)?"200610130327. 6"，發(fā)明名稱"一種直徑可控的硫化物半導(dǎo)體納米線陣列的制備方法")，但
3本發(fā)明中可具體按以下步驟操作 (1)、制備孔徑均勻的多孔氧化鋁模板把高純鋁片(純度99.999%)置于0.3mol/L的草酸溶液中，并通以直流40V陽極 氧化4小時，再將其置于由重量比5%的磷酸和1. 8%的鉻酸配制的混合液中溶去氧化膜， 再在前述同樣的條件下氧化4小時，取出后放在0. lmol/L的磷酸溶液中浸泡25分鐘，用去 離子水清洗、干燥后即獲得孔徑均勻的多孔氧化鋁模板；
(2)、電沉積ZnS納米線陣列 將步驟(1)中制備的多孔氧化鋁模板表面鍍金屬膜(金、銀、或銅)，再將其置于由 ZnCl2 7. 5g/L和S 6. lg/L配制的二甲基亞砜(匿SO)溶液中，以金屬膜為陰極，石墨片為陽 極，加以直流-1. 8V的電壓，12(TC沉積即獲得含有ZnS納米線陣列的多孔氧化鋁模板。
本發(fā)明設(shè)計了一種新的方法，其原理主要在于先電化學(xué)合成目前容易合成的化合 物半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)，然后在電化學(xué)環(huán)境下置換需要的元素，構(gòu)成需要合成的化合物半導(dǎo)體 納米結(jié)構(gòu)。 相對于現(xiàn)有的電化學(xué)合成化合物半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于 現(xiàn)有的電化學(xué)合成法只能合成有限種類的半導(dǎo)體材料，本發(fā)明通過電化學(xué)置換反應(yīng)能夠合 成更多種類的化合物半導(dǎo)體，拓展了電化學(xué)法在化合物半導(dǎo)體的應(yīng)用，并且方法簡單，成本 低廉，有助于化合物半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的器件化和廣泛應(yīng)用。


圖1 :實施例1所得ZnS納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖片； 圖2 :實施例1所得ZnS納米結(jié)構(gòu)的X-射線能量散射圖譜； 圖3 :實施例1中電化學(xué)置換反應(yīng)后獲得納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖片； 圖4 :實施例1中電化學(xué)置換反應(yīng)后獲得納米結(jié)構(gòu)的X-射線能量散射圖譜。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，所列實施例均是在以本發(fā)明技術(shù)方案為 前提下實施的，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下 述的實施例。 本發(fā)明中表征儀器型號掃描電鏡JSM-6700F型場發(fā)射電子掃描顯微鏡；X-射線 能量散射譜儀Oxford INCA-Energy型X-射線能量散射譜儀。
實施例1 (1)、制備孔徑均勻的多孔氧化鋁模板 把高純鋁片(純度99. 999% )置于0. 3mol/L的草酸溶液中，并通以直流40V陽極 氧化4小時，再將其置于由重量比5%的磷酸和1. 8%的鉻酸配制的混合液中溶去氧化膜， 再在前述同樣的條件下氧化4小時，取出后放在0. lmol/L的磷酸溶液中浸泡25分鐘，用去 離子水清洗、干燥后即獲得孔徑均勻的多孔氧化鋁模板。
(2)、電沉積ZnS納米線陣列 將步驟(1)中制備的多孔氧化鋁模板表面鍍金屬膜(金、銀、或銅)，再將其置于由 ZnCl2 7. 5g/L和S 6. lg/L配制的二甲基亞砜(匿S0)溶液中，以金屬膜為陰極，石墨片為陽極，加以直流-1. 8V的電壓，12(TC沉積lh即獲得含有ZnS納米線陣列的多孔氧化鋁模板。
ZnS納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照片如圖1所示，為直徑均勻的納米線陣列；ZnS納米結(jié) 構(gòu)的X-射線能量散射譜如圖2所示，顯示合成的結(jié)構(gòu)只有Zn和S元素，為ZnS， C元素來自 于掃描電鏡觀察前樣品鍍的導(dǎo)電C膜。
(3)、電化學(xué)置換反應(yīng)合成NiS納米線陣列 將步驟(2)獲得的含有ZnS納米線陣列的多孔氧化鋁模板置于由NiS04 7H20和 H3B03加水配制的電沉積溶液中，電沉積溶液中NiS04 7H20濃度為0. 534mol/L、 H3B03濃度 為0. 485mol/L，以含有ZnS納米線陣列的多孔氧化鋁模板為陰極，以石墨片為陽極，兩極間 距60cm，室溫下加以直流-3. 0V的電壓通過電化學(xué)置換反應(yīng)5h獲得含有NiS納米線陣列的 多孔氧化鋁模板，進(jìn)一步，可根據(jù)實際需要選擇溶去多孔氧化鋁模板獲得單一的NiS納米 線陣列。 電化學(xué)置換反應(yīng)后獲得納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照片如圖3所示，仍為直徑均勻的納 米線陣列；電化學(xué)置換反應(yīng)后獲得納米結(jié)構(gòu)的X-射線能量散射譜如圖4所示，分析納米結(jié) 構(gòu)只有Ni和S元素，是NiS，其中Al禾P 0來自于多孔氧化鋁模板。 綜上所述，從掃描電子顯微鏡可以觀察到在電化學(xué)置換反應(yīng)前后，納米結(jié)構(gòu)的形
貌沒有發(fā)生變化，均為納米線陣列結(jié)構(gòu)，x-射線能譜散射分析顯示置換反應(yīng)發(fā)生前后，納米
結(jié)構(gòu)的成分由ZnS變化成為NiS，因此本發(fā)明通過電化學(xué)置換反應(yīng)實現(xiàn)了新的化合物半導(dǎo)
體納米結(jié)構(gòu)的合成。 實施例2 與實施例1的不同之處在于步驟(3)的電化學(xué)置換反應(yīng)合成NiS納米線陣列電 沉積溶液為無水NiS04 0. 5mol/L、H3B03濃度為0. 45mol/L ;兩極間距50cm，直流電壓-2. 0V， 置換反應(yīng)時間6h。 本實施例的實驗結(jié)果同實施例1。
實施例3 與實施例1的不同之處在于步驟(3)的電化學(xué)置換反應(yīng)合成NiS納米線陣列電 沉積溶液為NiS04 7H20 0. 3mol/L、無水NiS04 0. 3mol/L、 H3B03濃度為0. 52mol/L ;兩極間 距80cm，直流電壓-4. OV，置換反應(yīng)時間8h。
本實施例的實驗結(jié)果同實施例1。
權(quán)利要求
一種硫化鎳納米線陣列的制備方法，其特征在于首先以多孔氧化鋁為模板，在其上電化學(xué)沉積硫化鋅納米線陣列，之后將含有硫化鋅納米線陣列的多孔氧化鋁模板置于由硫酸鎳鹽和硼酸加水配制的電沉積溶液中，電沉積溶液中硫酸鎳鹽濃度為0.5～0.6mol/L、硼酸濃度為0.45～0.52mol/L，以含有硫化鋅納米線陣列的多孔氧化鋁模板為陰極，以石墨片為陽極，室溫下加以直流-4.0～-2.0V的電壓通過電化學(xué)置換反應(yīng)獲得含有硫化鎳納米線陣列的多孔氧化鋁模板。
2. 如權(quán)利要求1所述的硫化鎳納米線陣列的制備方法，其特征在于獲得含有硫化鎳 納米線陣列的多孔氧化鋁模板之后，溶去多孔氧化鋁模板獲得硫化鎳納米線陣列。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的硫化鎳納米線陣列的制備方法，其特征在于所述硫酸鎳 鹽為無水硫酸鎳、七水合硫酸鎳或其組合。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的硫化鎳納米線陣列的制備方法，其特征在于陰陽兩極間 距為50 80cm。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的硫化鎳納米線陣列的制備方法，其特征在于電化學(xué)置換 反應(yīng)時間為5 8h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硫化鎳納米線陣列的制備方法。首先以多孔氧化鋁為模板，在其上電化學(xué)沉積硫化鋅納米線陣列，之后將含有硫化鋅納米線陣列的多孔氧化鋁模板置于由硫酸鎳鹽和硼酸加水配制的電沉積溶液中，電沉積溶液中硫酸鎳鹽濃度為0.5～0.6mol/L、硼酸濃度為0.45～0.52mol/L，以含有硫化鋅納米線陣列的多孔氧化鋁模板為陰極，以石墨片為陽極，室溫下加以直流-4.0～-2.0V的電壓通過電化學(xué)置換反應(yīng)獲得含有硫化鎳納米線陣列的多孔氧化鋁模板。本發(fā)明通過電化學(xué)置換反應(yīng)能夠合成更多種類的化合物半導(dǎo)體，拓展了電化學(xué)法在化合物半導(dǎo)體的應(yīng)用，并且方法簡單，成本低廉，有助于化合物半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的器件化和廣泛應(yīng)用。
文檔編號C25D7/12GK101736377SQ20091022736
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日
發(fā)明者徐玉睿, 李新建, 王文闖, 田永濤, 程亮, 賈天世, 趙曉峰 申請人:鄭州大學(xué)