專利名稱：硫化物半導(dǎo)體納米線的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于前驅(qū)體熱解法在陽極氧化鋁(PAA)模板中合成II-VI族硫化物半導(dǎo)體納米線的制備方法。
背景技術(shù)：
II-VI族半導(dǎo)體化合物，因其具有優(yōu)異的物理特性，被廣泛應(yīng)用在發(fā)光與顯示裝置、激光與紅外探測、光敏傳感器和光催化等領(lǐng)域，受到材料學(xué)家的普遍關(guān)注。隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)的發(fā)展，各種光電子器件的微型化對材料科學(xué)提出了更高的要求，特別是研究低維材料。一維納米材料(線、棒、帶及管)具有特殊的結(jié)構(gòu)和各向異性的物理化學(xué)性能，它們有希望成為微型連接器或功能元件，在制備納米尺度的電子、光電、電化學(xué)以及電機(jī)械裝置方面發(fā)揮重要作用。因此，將材料加工成型為一維納米結(jié)構(gòu)是一直受到廣泛關(guān)注的問題。
與納米粒子和薄膜相比，一維納米結(jié)構(gòu)材料的制備在技術(shù)方面表現(xiàn)出來的困難比較突出。在常規(guī)條件下，分子和原子由氣相或溶液相聚結(jié)成固體形態(tài)時(shí)，有自動(dòng)生成粒子和薄膜的傾向，而直接只在一維方向上生長較為困難。目前來說，限域生長是對納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制的有效途徑，而限域生長的最直接方式是模板。模板被看作是一種鑄造型的構(gòu)架，材料可以在模板內(nèi)部或周圍原位產(chǎn)生，并成型為與模板形狀互補(bǔ)的納米結(jié)構(gòu)形貌。目前存在的較為成功的模板有固體表面上的階梯邊緣、多孔材料的孔道、有機(jī)表面活性劑或是嵌段共聚物經(jīng)自組裝形成的介孔結(jié)構(gòu)、生物大分子(如DNA鏈或棒狀病毒)以及業(yè)已存在的納米結(jié)構(gòu)。與其他模板相比，陽極氧化鋁模板的優(yōu)勢是相當(dāng)明顯的其一是可以通過取得很高的孔密度，并在幾微米的范疇內(nèi)成六方陣列排布；其二是孔道均勻并彼此相互平行，而且，孔間距、孔直徑以及孔道的深度均可以通過適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)進(jìn)行控制；再者，陽極氧化鋁自身具有高的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，可以在非常大的范圍內(nèi)適應(yīng)客體材料以及后續(xù)處理?xiàng)l件。
利用陽極氧化鋁模板制備半導(dǎo)體納米線已有少量的報(bào)道。采用的方法主要是和電沉積方法聯(lián)用，在較高的溫度下(100-160℃)、有機(jī)體系中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)以獲得納米線陣列，但是該方法所得納米線缺陷較多。此外，也有采用和溶膠-凝膠方法聯(lián)用的，雖然這種方法在制備納米粒子方面具有許多優(yōu)勢，但借助模板制備納米線時(shí)，則會(huì)遇到一些難以克服的困難，譬如高粘度溶膠不易灌裝到模板的納米孔道，造成所得的納米線縱橫比較小。鑒于上述原因，我們結(jié)合了半導(dǎo)體納米顆粒的前驅(qū)體熱解制備法，既充分利用陽極氧化鋁模板的優(yōu)勢，豐富納米線的生長方法，又進(jìn)一步提高了納米線規(guī)模化合成的可能性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于前驅(qū)體熱解法可在模板中合成一系列尺寸均勻、長徑比一致的II-VI族硫化物半導(dǎo)體納米線陣列和納米線的制備方法。
本發(fā)明通過如下措施來實(shí)現(xiàn)II-VI族硫化物半導(dǎo)體納米線陣列和納米線的制備方法，該方法是將通孔的陽極氧化鋁模板浸沒在單分子前驅(qū)體溶液中，經(jīng)過室溫干燥，燒結(jié)處理后即可得到II-VI族硫化物半導(dǎo)體納米線陣列和納米線。
一種硫化物半導(dǎo)體納米線的制備方法，其特征在于該方法具體包括以下步驟a、以可溶性金屬鎘或鉛的鹽、低碳醇及五硫化二磷為原料，先使低碳醇與五硫化二磷在甲苯中回流反應(yīng)，所得物再與金屬鹽溶液在室溫下反應(yīng)，所得固體經(jīng)過濾、洗滌、干燥之后再分散于極性有機(jī)溶劑中，即可得到透明的前驅(qū)體溶液；b、在真空狀態(tài)下，將陽極氧化鋁模板浸入到前驅(qū)體溶液中15～30分鐘；c、取出模板，在室溫下干燥3小時(shí)；然后氮?dú)獗Ｗo(hù)下，100℃保溫0.5～1小時(shí)，250～700℃保溫反應(yīng)2～4小時(shí)，所得為硫化物半導(dǎo)體納米線陣列。
本發(fā)明的陽極氧化鋁模板在實(shí)驗(yàn)室是通過以下方法來制備純度為99.999％的高純鋁，經(jīng)過脫脂以及出去氧化層過程后，采用二次陽極氧化工藝進(jìn)行陽極氧化。將氧化后的鋁片用二次去離子水沖洗后，以CuCl2溶液(100ml水+100ml HCl(38％)+3.4g CuCl2·H2O)在鋁基底一側(cè)浸泡除去鋁基底，接著以5％的磷酸溶液室溫下浸泡除去阻擋層，二次去離子水沖洗干凈即可得到通孔的陽極氧化鋁膜。
本發(fā)明所使用的低碳醇的碳鏈長度為2～8。
本發(fā)明所使用的極性溶劑的作用是分散，優(yōu)先選自N，N-二甲基甲酰胺或有機(jī)胺。
本發(fā)明所使用的前驅(qū)體溶液的濃度為0.01～0.05mol/L。
本制備方法具有原料廉價(jià)易得、合成工藝簡便、成本低、適用范圍廣等特點(diǎn)，有望實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。用本法制備出的II-VI族硫化物半導(dǎo)體納米線陣列和納米線長徑比基本相同，尺寸非常均勻，納米線的直徑約為80納米(納米線的直徑大小可隨著模板孔徑的大小調(diào)整)，線長可達(dá)10微米。


圖1為溶去部分氧化鋁模板后的硫化鎘納米線陣列的SEM照片；由圖中可以看出，氧化鎘納米線陣列是由大小均一、直徑約80nm的納米線組成，納米線是均勻而連續(xù)的，與模板直徑相符，硫化鎘納米線陣列仍然保持著氧化鋁模板的高度取向性。
圖2為溶去部分氧化鋁模板后的硫化鉛納米線陣列的SEM照片。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，通過實(shí)例進(jìn)行說明。
實(shí)施例1將50g丁醇溶于500mL甲苯，在攪拌下加入50g粉狀的五硫化二磷，加熱，在氮?dú)饬髦谢亓?小時(shí)，尾氣用濃的氫氧化鈉溶液吸收。反應(yīng)結(jié)束后過濾，冷卻，往濾液中加入75mL 500g/L的氯化鎘水溶液，攪拌，有淺黃白色固體產(chǎn)生。濾出淺黃白色固體，用乙醇洗，干燥后稱取粉體0.3053g(0.001mol)并將其分散于100mL N，N-二甲基甲酰胺中。將制備好陽極氧化鋁模板減壓抽真空約15min，然后浸泡在配置好的前驅(qū)體溶液中15min，取出，用酒精棉球擦拭模板表面數(shù)次，置于室溫下干燥2h。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將模板加熱到100℃保溫0.5h，繼續(xù)升溫至300反應(yīng)2h，可得硫化鎘半導(dǎo)體納米線陣列。
實(shí)施例2將50g丁醇溶于500mL甲苯，在攪拌下加入50g粉狀的五硫化二磷，加熱，在氮?dú)饬髦谢亓?小時(shí)，尾氣用濃的氫氧化鈉溶液吸收。反應(yīng)結(jié)束后過濾，冷卻，往濾液中加入130mL 500g/L的硝酸鉛水溶液，攪拌，有白色固體產(chǎn)生。濾出白色固體，用乙醇洗，干燥后稱取粉體0.6900g(0.001mol)并將其分散于100mL N，N-二甲基甲酰胺中。將制備好陽極氧化鋁模板減壓抽真空約15min，然后浸泡在配置好的前驅(qū)體溶液中15min，取出，用酒精棉球擦拭模板表面數(shù)次，置于室溫下干燥2h。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將模板加熱到100℃保溫0.5h，繼續(xù)升溫至300反應(yīng)2h，可得硫化鉛半導(dǎo)體納米線陣列。
權(quán)利要求
1.一種硫化物半導(dǎo)體納米線的制備方法，其特征在于該方法具體包括以下步驟a、以可溶性金屬鎘或鉛的鹽、低碳醇及五硫化二磷為原料，先使低碳醇與五硫化二磷在甲苯中回流反應(yīng)，所得物再與金屬鹽溶液在室溫下反應(yīng)，所得固體經(jīng)過濾、洗滌、干燥之后再分散于極性有機(jī)溶劑中，即可得到透明的前驅(qū)體溶液；b、在真空狀態(tài)下，將陽極氧化鋁模板浸入到前驅(qū)體溶液中15～30分鐘；c、取出模板，在室溫下干燥3小時(shí)；然后氮?dú)獗Ｗo(hù)下，100℃保溫0.5～1小時(shí)，250～700℃保溫反應(yīng)2～4小時(shí)，所得為硫化物半導(dǎo)體納米線陣列。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于低碳醇的碳鏈長度為2～8。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于極性溶劑選自N，N-二甲基甲酰胺或有機(jī)胺。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于前驅(qū)體溶液的濃度為0.01～0.05mol/L。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于前驅(qū)體熱解法在陽極氧化鋁(PAA)模板中合成II－VI族硫化物半導(dǎo)體納米線的制備方法。該制備方法以短碳鏈雙烷基硫磷化合物配位穩(wěn)定的金屬有機(jī)配合物為前驅(qū)體，通過簡單的浸泡方式以及后續(xù)的高溫?zé)崽幚恚纯傻玫絀I－VI族硫化物半導(dǎo)體納米線陣列和納米線。所得納米線長徑比均一，納米線直徑大小可隨著模板孔徑的大小調(diào)整，線長可達(dá)10微米左右。本制備方法具有原料廉價(jià)易得、合成工藝簡便、成本低、適用范圍廣等特點(diǎn)。
文檔編號C30B29/00GK1986911SQ20051013395
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者陳淼, 婁文靜, 張亞男, 王曉波 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所