專利名稱：一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超晶格納米材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
納米材料主要指其空間某一維度處于I IOOnm數(shù)量級的材料，由于其特殊的性質(zhì)和廣泛的用途，長期以來受到科學(xué)領(lǐng)域及社會各界的廣泛關(guān)注。由諸如氧化鋅、硫化鋅等半導(dǎo)體材料制成的納米材料，由于量子限域效應(yīng)的影響，其能夠表現(xiàn)出眾多奇特和優(yōu)異的物理性質(zhì)。與普通材料相比，他們具有更強(qiáng)的力學(xué)韌性、更好的熱導(dǎo)電性、更高的發(fā)光效率、 更寬的發(fā)光頻譜，更卓越的場發(fā)射性能等等。這些優(yōu)異的特性在大規(guī)模集成電路器件、光電器件、生物及化學(xué)傳感器件、醫(yī)療衛(wèi)生器件等等生產(chǎn)領(lǐng)域中發(fā)揮了舉足輕重的作用。納米材料中一種特殊的體系是超晶格材料。對于一維超晶格納米材料，其主要特征是，在晶體結(jié)構(gòu)的軸向或者徑向，存在由兩種或兩種以上材料依次交替的疊加，各層的厚度與電子的德布羅意波長相當(dāng)，即在晶體原來的周期性排列中又附加了一種層狀周期性結(jié)構(gòu)。超晶格納米材料具有很多奇特的物理性質(zhì)和特性，將這些特性應(yīng)用到器件制備中，得到了許多一般材料所無法比擬的性能。例如，利用其制備的諧振隧道二極管可以具備非?？斓墓ぷ魉俣群头浅８叩墓ぷ餍剩挥沙Ц癫牧现苽涞亩嗔孔于瀹愘|(zhì)結(jié)激光器及遠(yuǎn)紅外發(fā)光器件，發(fā)光波長可以通過調(diào)節(jié)層狀結(jié)構(gòu)的厚度來加以調(diào)節(jié)，并且激光器閾電流低，受溫度影響小，并且發(fā)光效率高；利用超晶格材料制備的光雙穩(wěn)器件，可以成為全光邏輯的計(jì)算機(jī)中關(guān)鍵元件等等。當(dāng)前，半導(dǎo)體超晶格材料研究已經(jīng)成為半導(dǎo)體領(lǐng)域中最有前途、內(nèi)容最豐富的研究領(lǐng)域之一。正是由于這些眾多的優(yōu)良特性，大批量生產(chǎn)納米材料，尤其是超晶格材料，成為其推廣應(yīng)用的必然要求。因此，必須探索建立高成效、低成本、重復(fù)性高、可控性強(qiáng)的納米材料制備方法，同時(shí)需要不斷探索合成具有各種優(yōu)良物理性質(zhì)的納米材料及納米超晶格材料。到目前為止，已經(jīng)總結(jié)出很多種有效的制備納米材料的方法，根據(jù)各種方法的制備原理可以將其歸類為物理方法和化學(xué)方法兩大類。其中物理方法主要包括物理氣相沉積法、物理粉碎法、機(jī)械球磨法、磁控濺射法、分子束外延法等等。物理方法制備納米材料的共同特點(diǎn)是其源材料不參與化學(xué)反應(yīng)，因而制備不同形貌結(jié)構(gòu)的納米材料具有普遍的困難?；瘜W(xué)方法主要包括化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition簡稱CVD)、沉淀法、水熱合成法、溶膠凝膠法、模板法等等。與物理方法相對應(yīng)，化學(xué)方法一個(gè)顯著特點(diǎn)是由于材料源需要參與化學(xué)反應(yīng)，因而可以設(shè)計(jì)、合成具有不同形貌結(jié)構(gòu)和功能的納米材料。 將物理方法與化學(xué)方法相結(jié)合，可以得到更多的制備方法和不同的材料生長效果。CVD法是指直接利用氣體或者通過各種手段將物質(zhì)變?yōu)闅怏w，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最后在冷卻過程中凝聚形成某種材料的方法。CVD法是一種非常優(yōu)越的制備一維納米結(jié)構(gòu)的方法，也是目前較為成功并且被普遍采用的制備方法。但是CVD法制備納米材料過程中，材料生長對于反應(yīng)環(huán)境的要求非?？量蹋{米材料的外部形貌、生長方向、 周期結(jié)構(gòu)等等對于外在環(huán)境因素依賴性很大。由于該方法需要調(diào)控的可變環(huán)境參數(shù)較多，例如氣相源溫度、濕度、反應(yīng)室壓強(qiáng)、襯底的溫度、載氣流量和種類等等，因而在操作過程中偶然性因素較多，不易精確重復(fù)，可控性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有的CVD法制備超晶格納米材料過程中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不易精確重復(fù)、可控性較差的問題，而提供一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料及其制備方法。本發(fā)明一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料為沿著軸線方向具有三重對稱性的準(zhǔn)一維納米線；納米線的軸線方向具有由氧化鋅和硫化鋅按層狀結(jié)構(gòu)依次交疊而成的超晶格結(jié)構(gòu)，納米線的徑向具有納米分支結(jié)構(gòu)，該分支結(jié)構(gòu)具有與納米線軸線方向相同的超晶格結(jié)構(gòu)。上述氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、清洗單晶硅片，然后通過真空離子濺射法在硅片的表面濺射一層金納米顆粒;二、按物質(zhì)的量的比為(4 I) (I 4)的比例稱取氧化鋅粉末和硫化鋅粉末并置于耐高溫容器的一側(cè)，將經(jīng)步驟一處理過的單晶硅片也置于耐高溫容器中，氧化鋅粉末和硫化鋅粉末與單晶硅片的距離d滿足0. Im ^ d ^ 0. 4m ;將盛放有氧化鋅粉末、硫化鋅粉末和單晶硅片的耐高溫容器置于高溫管式反應(yīng)爐中，使氧化鋅粉末和硫化鋅粉末位于高溫管式反應(yīng)爐的中心位置，單晶硅片位于高溫管式反應(yīng)爐的下游；三、將高溫管式反應(yīng)爐密封后，抽真空至爐內(nèi)真空度為IXlO2 5X IO2Pa,然后以50 200SCCm的流速向高溫管式反應(yīng)爐中通入惰性氣體，當(dāng)爐內(nèi)壓力升至IXlO3 I X IO4Pa后，開始加熱，在溫度為1000 1400°C的條件下反應(yīng)10 60min后停止加熱，冷卻至室溫，回收沉積在硅片上的產(chǎn)物，得到了氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過化學(xué)氣相沉積法成功合成了一種形貌與結(jié)構(gòu)完全新穎的氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料，并且本發(fā)明重復(fù)性高、可操控性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了樣品的可控性生長，這是目前CVD方法所難以普遍解決的問題。本發(fā)明所制備的氧化鋅/硫化鋅超晶格納米線，大小和粗細(xì)均勻，形貌新穎獨(dú)特，比表面積大。納米線的軸線方向，具有由氧化鋅和硫化鋅材料按層狀結(jié)構(gòu)依次交疊而成的超晶格結(jié)構(gòu)。納米線的徑向具有納米分支結(jié)構(gòu)，分支的密度大。該分支結(jié)構(gòu)具有與納米線軸線方向相同的超晶格結(jié)構(gòu)。本發(fā)明用于制備氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料。


圖I是實(shí)施例一步驟二爐管中裝樣示意圖，其中I代表惰性氣體方向，2是剛玉管， 3是氧化鋒粉末和硫化鋒粉末，4是單晶娃片，5是剛玉舟；圖2是實(shí)施例一所得廣物的XRD 譜圖，其中“☆”代表ZnS的峰位，“A”代表ZnO的峰位；圖3是實(shí)施例一所得產(chǎn)物的低分辨掃描電子顯微鏡照片；圖4是實(shí)施例一所得產(chǎn)物的放大的掃描電子顯微鏡照片；圖5是實(shí)施例二所得產(chǎn)物的低分辨掃描電子顯微鏡照片；圖6為實(shí)施例二所得產(chǎn)物的放大的掃描電子顯微鏡照片；圖7為實(shí)施例三所得產(chǎn)物的低分辨掃描電子顯微鏡照片；圖8為實(shí)施例三所得產(chǎn)物的放大的掃描電子顯微鏡照片；圖9為實(shí)施例三所得產(chǎn)物的單根納米線的掃描電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
之間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料為沿著軸線方向具有三重對稱性的準(zhǔn)一維納米線；納米線的軸線方向具有由氧化鋅和硫化鋅按層狀結(jié)構(gòu)依次交疊而成的超晶格結(jié)構(gòu)，納米線的徑向具有納米分支結(jié)構(gòu)，該分支結(jié)構(gòu)具有與納米線軸線方向相同的超晶格結(jié)構(gòu)。本實(shí)施方式的一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米線，大小和粗細(xì)均勻，形貌新穎獨(dú)特，比表面積大。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是所述納米線長度為 10 70 Ii m,納米線直徑為50 IOOnm ;沿納米線徑向的納米分支結(jié)構(gòu)形狀呈錐形,錐形底部直徑為10 lOOnm，納米分支結(jié)構(gòu)的長度為100-400nm。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、清洗單晶硅片，然后通過真空離子濺射法在硅片的表面濺射一層金納米顆粒;二、按物質(zhì)的量的比為(4 I) (I 4)的比例稱取氧化鋅粉末和硫化鋅粉末并置于耐高溫容器的一側(cè)，將經(jīng)步驟一處理過的單晶硅片也置于耐高溫容器中，氧化鋅粉末和硫化鋅粉末與單晶硅片的距離d滿足0. Im^ d ^ 0. 4m ;將盛放有氧化鋅粉末、硫化鋅粉末和單晶硅片的耐高溫容器置于高溫管式反應(yīng)爐中，使氧化鋅粉末和硫化鋅粉末位于高溫管式反應(yīng)爐的中心位置，單晶硅片位于高溫管式反應(yīng)爐的下游；三、將高溫管式反應(yīng)爐密封后，抽真空至爐內(nèi)真空度為IXlO2 5X IO2Pa,然后以50 200SCCm的流速向高溫管式反應(yīng)爐中通入惰性氣體，當(dāng)爐內(nèi)壓力升至IXlO3 I X IO4Pa后，開始加熱，在溫度為1000 1400°C的條件下反應(yīng)10 60min后停止加熱，冷卻至室溫，回收沉積在硅片上的產(chǎn)物，得到了氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料。本實(shí)施方式步驟一中單晶硅片的清洗方法是首先將硅片放入丙酮溶液中，用超聲儀清洗lOmin，去除硅片表面油脂，然后將硅片放入乙醇溶液中，用超聲儀清洗lOmin，去除上一步中的丙酮溶液和有機(jī)污染物及油脂；最后將硅片放入去離子水中，用超聲儀清洗 lOmin，去除上一步中的乙醇溶液和金屬離子。本實(shí)施方式中的單晶硅片可以是N型單晶硅片也可以是P型單晶硅片，硅片的純度在99%以上。本實(shí)施方式所述的耐高溫容器需要能夠承受至少1700°C的高溫，并且不能與氧化鋅和硫化鋅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。本實(shí)施方式通過化學(xué)氣相沉積法成功合成了一種形貌與結(jié)構(gòu)完全新穎的氧化鋅/ 硫化鋅超晶格納米材料，并且本發(fā)明重復(fù)性高、可操控性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了超晶格納米材料的可控性生長，這是目前CVD方法所難以普遍解決的問題。本實(shí)施方式所制備的氧化鋅/硫化鋅超晶格納米線，大小和粗細(xì)均勻，形貌新穎獨(dú)特，比表面積大。納米線的軸線方向，具有由氧化鋅和硫化鋅材料按層狀結(jié)構(gòu)依次交疊而成的超晶格結(jié)構(gòu)。納米線的徑向具有納米分支結(jié)構(gòu)，分支的密度大。該分支結(jié)構(gòu)具有與納米線軸線方向相同的超晶格結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三不同的是步驟一中，在硅片表面濺射的金納米顆粒的厚度為2 5nm。其它與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三或四不同的是步驟二中，所述耐高溫容器為剛玉舟或陶瓷舟。其它與具體實(shí)施方式
三或四相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三至五之一不同的是步驟二中所述高溫反應(yīng)爐為水平高溫管式反應(yīng)爐，爐管為剛玉管，剛玉管的長度為90 110cm、內(nèi)直徑為2. 5 3cm、外直徑為3. 5 4cm。其它與具體實(shí)施方式
三至五之一相同。本實(shí)施方式所用水平高溫管式反應(yīng)爐為市售設(shè)備。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三至六之一不同的是步驟二中， 所述氧化鋅粉末和硫化鋅粉末的純度大于95%。其它與具體實(shí)施方式
三至六之一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三至七之一不同的是步驟三中， 所述惰性氣體為氬氣或氮?dú)?。其它與具體實(shí)施方式
三至七之一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三至八之一不同的是步驟三中， 所述惰性氣體的流速為100 150sccm。其它與具體實(shí)施方式
三至八之一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三至九之一不同的是步驟三中的反應(yīng)溫度為1100 1300°C，反應(yīng)時(shí)間為10 60min。其它與具體實(shí)施方式
三至九之一相同。采用以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果實(shí)施例一本實(shí)施例一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、清洗單晶硅片首先將硅片放入丙酮溶液中，用超聲儀清洗lOmin，去除硅片表面油脂，然后將硅片放入乙醇溶液中，用超聲儀清洗lOmin，去除上一步中的丙酮溶液和有機(jī)污染物及油脂；最后將硅片放入去離子水中，用超聲儀清洗lOmin，去除上一步中的乙醇溶液和金屬離子。通過真空離子濺射法在硅片的外表面濺射一層厚度為2nm的金納米顆粒;二、稱取0. 81g氧化鋅粉末和0. 24g硫化鋅粉末并置于剛玉舟的一側(cè)，將經(jīng)步驟一處理過的單晶硅片也置于剛玉舟中，單晶硅片與氧化鋅粉末和硫化鋅粉末的距離d為 0. 15m，將盛放有氧化鋅粉末、硫化鋅粉末和單晶硅片的耐高溫容器置于高溫管式反應(yīng)爐中，使氧化鋅粉末和硫化鋅粉末位于高溫管式反應(yīng)爐的中心位置，單晶硅片位于高溫管式反應(yīng)爐的下游；三、將高溫管式反應(yīng)爐密封后，抽真空至爐內(nèi)真空度為3 X IO2Pa,然后以IOOsccm 的流速向高溫管式反應(yīng)爐通入惰性氣體，將爐內(nèi)壓力升至I. 5 X IO3Pa后，加熱至反應(yīng)爐的溫度為1300°C，恒溫反應(yīng)15min后停止加熱，冷卻至室溫，回收沉積在硅片上的產(chǎn)物，得到氧化鋒/硫化鋒超晶格納米材料。本實(shí)施例中氧化鋅粉末的純度為99. 0%，熔點(diǎn)1973°C (常壓)；硫化鋅粉末為熒光純硫化鋅，其純度為95.0%，在1020°C時(shí)由閃鋅礦結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成纖鋅礦結(jié)構(gòu)，纖鋅礦結(jié)構(gòu)的硫化鋅熔點(diǎn)1850°C (15MPa);單晶硅片為純度在99. 9%的N型單晶硅片；高溫管式反應(yīng)爐中的爐管為剛玉管，剛玉管的長度為100cm、管子內(nèi)直徑為3cm、外直徑為4cm。本實(shí)施例所得的氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料為白色粉末狀物質(zhì)，圖2為本實(shí)施例所得產(chǎn)物的XRD譜圖，其中“☆”代表ZnS的峰位，“ A”代表ZnO的峰位；圖3、圖4分別為本實(shí)施例所得產(chǎn)物的低分辨和放大的掃描電子顯微鏡照片，可以看出氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料為沿著軸線方向具有三重對稱性的準(zhǔn)一維納米線；納米線的軸線方向具有由氧化鋅和硫化鋅按層狀結(jié)構(gòu)依次交疊而成的超晶格結(jié)構(gòu)，納米線的徑向具有納米分支結(jié)構(gòu)，該分支結(jié)構(gòu)具有與納米線軸線方向相同的超晶格結(jié)構(gòu)。所述納米線長度為10 70 y m, 納米線直徑為50 IOOnm ;沿納米線徑向的納米分支結(jié)構(gòu)形狀呈錐形,錐形高度為100 400nm,錐形底部直徑為10 lOOnm。本實(shí)施例所制備的氧化鋅/硫化鋅超晶格納米線,大小和粗細(xì)均勻，形貌新穎獨(dú)特，比表面積大。經(jīng)過掃描電子顯微鏡和X射線衍射鑒定，該納米線的微觀結(jié)構(gòu)是由氧化鋅和硫化鋅依次按層狀順序交疊而成的超晶格結(jié)構(gòu)。實(shí)施例二 本實(shí)施例一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、清洗單晶硅片首先將硅片放入丙酮溶液中，用超聲儀清洗lOmin，去除硅片表面油脂，然后將硅片放入乙醇溶液中，用超聲儀清洗lOmin，去除上一步中的丙酮溶液和有機(jī)污染物及油脂；最后將硅片放入去離子水中，用超聲儀清洗lOmin，去除上一步中的乙醇溶液和金屬離子。通過真空離子濺射法在硅片的外表面濺射一層厚度為3nm金納米顆粒;二、稱取0. 40g氧化鋅粉末和0. 48g硫化鋅粉末并置于剛玉舟的一側(cè)，將經(jīng)步驟一處理過的單晶硅片也置于剛玉舟中，單晶硅片與氧化鋅粉末和硫化鋅粉末的距離d為 0. 12m，將盛放有氧化鋅粉末、硫化鋅粉末和單晶硅片的耐高溫容器置于高溫管式反應(yīng)爐中，使氧化鋅粉末和硫化鋅粉末位于高溫管式反應(yīng)爐的中心位置，單晶硅片位于高溫管式反應(yīng)爐的下游；三、將高溫管式反應(yīng)爐密封后，抽真空至爐內(nèi)真空度為4X IO2Pa,然后以120sccm 的流速向高溫管式反應(yīng)爐通入惰性氣體，將爐內(nèi)壓力升至I X IO3Pa后，加熱至反應(yīng)爐的溫度為1250°C，恒溫反應(yīng)20min后停止加熱，冷卻至室溫，回收沉積在硅片上的產(chǎn)物，得到氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料。本實(shí)施例中氧化鋅粉末的純度為99. 0%，熔點(diǎn)1973°C (常壓);硫化鋅粉末為熒光純硫化鋅，其純度為95. 0 %，在1020°C時(shí)由閃鋅礦結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成纖鋅礦結(jié)構(gòu)，纖鋅礦結(jié)構(gòu)的硫化鋅熔點(diǎn)1850°C (15MPa);高溫管式反應(yīng)爐中的爐管為剛玉管，剛玉管的長度為 100cm、管子內(nèi)直徑為3cm、外直徑為4cm。本實(shí)施所得的氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料為白色粉末狀物質(zhì)，圖5、圖6分別為本實(shí)施例所得產(chǎn)物的低分辨和放大的掃描電子顯微鏡照片，可以看出本實(shí)施例所得納米線樣品外貌特征與實(shí)施例一(圖3、圖4)所得樣品大體相同，但是更加規(guī)則和均勻。并且每根納米線樣品都具有相同的外貌特征和結(jié)構(gòu)特征。該樣品的宏觀三重對稱性表現(xiàn)得尤為明顯。由圖3、圖4和圖5、圖6的對比可以看出該制備方法具有很高的重復(fù)性和可控性。實(shí)施例三本實(shí)施例一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、清洗單晶硅片首先將硅片放入丙酮溶液中，用超聲儀清洗lOmin，去除硅片表面油脂，然后將硅片放入乙醇溶液中，用超聲儀清洗lOmin，去除上一步中的丙酮溶液和有機(jī)污染物及油脂；最后將硅片放入去離子水中，用超聲儀清洗lOmin，去除上一步中的乙醇溶液和金屬離子。通過真空離子濺射法在硅片的外表面濺射一層厚度為5nm金納米顆粒;二、稱取0. 81g氧化鋅粉末和0. 24g硫化鋅粉末并置于剛玉舟的一側(cè)，將經(jīng)步驟一處理過的單晶硅片也置于剛玉舟中，單晶硅片與氧化鋅粉末和硫化鋅粉末的距離d為 0. 13m，將盛放有氧化鋅粉末、硫化鋅粉末和單晶硅片的耐高溫容器置于高溫管式反應(yīng)爐中，使氧化鋅粉末和硫化鋅粉末位于高溫管式反應(yīng)爐的中心位置，單晶硅片位于高溫管式反應(yīng)爐的下游；三、將高溫管式反應(yīng)爐密封后，抽真空至爐內(nèi)真空度為I X IO2Pa,然后以150SCCm 的流速向高溫管式反應(yīng)爐通入惰性氣體，將爐內(nèi)壓力升至I X IO3Pa后，加熱至反應(yīng)爐的溫度為1250°C，恒溫反應(yīng)15min后停止加熱，冷卻至室溫，回收沉積在硅片上的產(chǎn)物，得到氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料。本實(shí)施例中氧化鋅粉末的純度為99. 0%，熔點(diǎn)1973°C (常壓)；硫化鋅粉末為熒光純硫化鋅，其純度為95.0%，在1020°C時(shí)由閃鋅礦結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成纖鋅礦結(jié)構(gòu)，纖鋅礦結(jié)構(gòu)的硫化鋅熔點(diǎn)1850°C (15MPa);單晶硅片為純度在99. 9%的N型單晶硅片；高溫管式反應(yīng)爐中的爐管為剛玉管，剛玉管的長度為100cm、管子內(nèi)直徑為3cm、外直徑為4cm。本實(shí)施所得的氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料為白色粉末狀物質(zhì)，圖7、圖8分別為本實(shí)施例所得產(chǎn)物的低分辨和放大的掃描電子顯微鏡照片，圖9為本實(shí)施例所得產(chǎn)物的單根納米線掃描電子顯微鏡照片，可以看出該納米線樣品外貌特征與實(shí)施例一和二所得產(chǎn)物相同，每根納米線沿軸向和徑向尺寸非常均勻。由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明重復(fù)性高、可操控性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了樣品的可控性生長。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋒/硫化鋒超晶格納米材料，其特征在于氧化鋒/硫化鋒超晶格納米材料為沿著軸線方向具有三重對稱性的準(zhǔn)一維納米線；納米線的軸線方向具有由氧化鋅和硫化鋅按層狀結(jié)構(gòu)依次交疊而成的超晶格結(jié)構(gòu)，納米線的徑向具有納米分支結(jié)構(gòu)，該分支結(jié)構(gòu)具有與納米線軸線方向相同的超晶格結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料，其特征在于所述納米線長度為10 70 μ m,納米線直徑為50 IOOnm ;沿納米線徑向的納米分支結(jié)構(gòu)形狀呈錐形,錐形底部直徑為10 IOOnm,納米分支結(jié)構(gòu)的長度為100_400nm。
3.如權(quán)利要求I所述的一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料的制備方法，其特征在于氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、清洗單晶硅片，然后通過真空離子濺射法在硅片的表面濺射一層金納米顆粒；二、按物質(zhì)的量的比為(4 I) (I 4)的比例稱取氧化鋅粉末和硫化鋅粉末并置于耐高溫容器的一側(cè)，將經(jīng)步驟一處理過的單晶硅片也置于耐高溫容器中，氧化鋅粉末和硫化鋅粉末與單晶硅片的距離d滿足0. Im^ O. 4m ;將盛放有氧化鋅粉末、硫化鋅粉末和單晶硅片的耐高溫容器置于高溫管式反應(yīng)爐中，使氧化鋅粉末和硫化鋅粉末位于高溫管式反應(yīng)爐的中心位置，單晶硅片位于高溫管式反應(yīng)爐的下游；三、將高溫管式反應(yīng)爐密封后，抽真空至爐內(nèi)真空度為IX IO2 5 X IO2Pa,然后以50 200SCCm的流速向高溫管式反應(yīng)爐中通入惰性氣體，當(dāng)爐內(nèi)壓力升至I X IO3 I X IO4Pa后， 開始加熱，在溫度為1000 1400°C的條件下反應(yīng)10 60min后停止加熱，冷卻至室溫，回收沉積在硅片上的產(chǎn)物，得到了氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料的制備方法，其特征在于步驟一中,在娃片表面派射的金納米顆粒的厚度為2 5nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料的制備方法，其特征在于步驟二中，所述耐高溫容器為剛玉舟或陶瓷舟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料的制備方法，其特征在于步驟二中所述高溫反應(yīng)爐為水平高溫管式反應(yīng)爐，爐管為剛玉管，剛玉管的長度為90 110cm、內(nèi)直徑為2. 5 3cm、外直徑為3. 5 4cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料的制備方法，其特征在于步驟二中，所述氧化鋅粉末和硫化鋅粉末的純度大于95%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料的制備方法，其特征在于步驟三中，所述惰性氣體為氬氣或氮?dú)狻?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料的制備方法，其特征在于步驟三中，所述惰性氣體的流速為100 150sccm。
10.根據(jù)權(quán)利要求3、8或9所述的一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料的制備方法，其特征在于步驟三中的反應(yīng)溫度為1100 1300°C，反應(yīng)時(shí)間為10 60min。
全文摘要
一種氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料及其制備方法，它涉及超晶格納米材料及其制備方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有CVD法制備納米材料存在可控性差的問題。本發(fā)明的產(chǎn)物為沿著軸線方向具有三重對稱的準(zhǔn)一維納米線，沿納米線的軸線方向由氧化鋅和硫化鋅材料依次按層狀順序疊加而成超晶格結(jié)構(gòu)，其制備方法是一、清洗單晶硅片，在硅片的表面濺射金納米顆粒；二、將盛放有氧化鋅、硫化鋅粉末和單晶硅片的耐高溫容器置于反應(yīng)爐中；三、在溫度為1000～1400℃的真空爐，反應(yīng)10～60min，得到氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料。本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)了超晶格納米材料的可控性生長。本發(fā)明用于制備氧化鋅/硫化鋅超晶格納米材料。
文檔編號C30B29/10GK102586882SQ20121004984
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者張喜田, 武立立, 溫靜, 高瓊, 高紅 申請人:哈爾濱師范大學(xué)