CN102659084A - 一种硒化锌纳米粉末的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种硒化锌粉末的制备方法，涉及水热化学合成纳米材料工艺技术领域。本发明采用ZnCl2·2H2O、SeO2两种固体粉末为原料，以联氨为还原剂，通过反应、加热、洗涤、烘干等步骤制备硒化锌纳米粉末。本发明所得硒化锌粉末具有纯度高、大小均匀、分散性好，工艺过程安全、过程辅助溶液及产物易处理、无污染等优势，因此该方法具有非常广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及水热化学合成纳米材料工艺技术领域，尤其涉及水热法合成硒化锌纳米粉末的制备方法。
背景技术
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围1～100nm或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料为凝聚态物理提出了许多新的课题，由于纳米材料尺寸小，量子尺寸效应十分显著，这使得纳米材料体系的光、热、电、磁等物理性质与常规材料不同，出现许多新奇特性；另外纳米材料的另一个重要特点是表面效应。随着尺寸减小，比表面大大增加，导致纳米体系的化学性质与化学平衡体系出现很大差别。纳米合成为发展新型材料提供了新的途径和新的思路。纳米半导体材料为制备性能优越的半导体器件提供了基础。
ZnSe是II-VI族化合物半导体，具有闪锌矿晶体结构，直接跃迁型能带结构，ZnSe具有禁带宽(2.67eV)、透光范围宽(0.5～22μm)、发光效率高、吸收系数高等优点，由于其本征吸收峰都落在太阳光谱最强烈的区域，能覆盖太阳光谱高能频段，同时对底层电池具有窗口作用，所以它是太阳能电池的理想材料。此外，ZnSe也是一种电位窗口材料和制备光致发光、电致发光、激光器薄膜器件的优选材料，是很好的可见光光导材料和可见光发光材料。因此，ZnSe薄膜的制备和特性研究必将对这些光电器件的发展应用起到积极的推动作用。
目前制备纳米材料的方法有很多，如物理气相沉积、化学气相沉积、溅射法等气相法和沉淀法、喷雾法、溶胶-凝胶法、辐射化学法等液相法。这些方法有的工艺复杂，反应温度和反应时间长，有的方法反应过程中毒性大、环境污染严重，有的方法所得纳米材料易团聚、分散性差，不易控制纳米材料的形貌和尺寸均匀性，且由于硒化锌中所含有的元素种类较多，有的方法中所采用的具体工艺制备的纳米硒化锌相组成不纯。形状和大小不均匀影响着纳米材料的比表面积，因而性能会有较大差别；当纯度差时，由于出现的杂相是另一种物质，因而其性能会与单相物质不同，在光学特性、导电性能等方面有较大差异，这些物理性能对半导体材料是十分重要的。
与本专利接近的现有技术有：
[1]Hua Gong，Hui Huang，Liang Ding，et al，Characterization and optical properties of ZnSe prepared byhydrothermal method，Journal of Crystal Growth 288(2006)96-99.
报道了用水热法以Zn和Se为原料在125-200℃合成ZnSe粉末，并研究了反应温度对ZnSe粉末的结晶、化学计量比等的影响。
[2]Juan Yang，Guo XiuWang，Hao Liu，Controlled synthesis and characterization of ZnSe nanostructures via asolvothermal approach in a mixed solution，Materials Chemistry and Physics 115(2009)204-208.
文中描述了以三亚乙基四胺和蒸馏水为溶剂通过水热法制备纳米ZnSe，并研究三亚乙基四胺和蒸馏水比例对产物的结构和性能的影响。
[3]Huiling Li，BibenWang，Lijun Li，Study on Raman spectra of zinc selenide nanopowders synthesized byhydrothermal method，Journal ofAlloys and Compounds 506(2010)327-330.
报道了在较低温度以氢氧化钠为溶剂用水热法合成ZnSe纳米粉末。
[4]Jun Che，Xi Yao，Haiqing Jian，Minqiang Wang，Application and preparation of ZnSe nanometer powder byreduction process，Ceramics International 30(2004)1935-1938.
报道了还原硒酸和醋酸锌制备ZnS纳米粉末的过程，并研究了退火温度对ZnSe纳米晶粒尺寸的影响等。
虽然本发明与以上技术制备都是制备的纳米ZnSe，但是在原料、工艺流程上都有很大的区别，所以产品在结构、形貌、尺寸上有很大的差异。
发明内容
本发明为了解决现有技术的不足，而发明了一种硒化锌纳米粉末的制备方法。
本发明采用水热法合成工艺制备硒化锌纳米粉末，以ZnCl2·2H2O、SeO2为原料，严格控制原料的化学计量比和浓度，以联氨为还原剂，在较低温度下加热，使原料进行共还原并发生合成反应，并经清洗、过滤和烘干即可得到目标产物。
本发明的具体制备方法包括如下顺序的步骤：
a.将1.2～3.0份ZnCl2·2H2O、1.0～2.5份SeO2两种固体粉末均匀混合，再加入为10～15份盐酸，45～60份无水乙醇和130～160份去离子水；
b.将上述混合物溶液倒入高压反应釜，再加入10～15份联氨；
c.将上述反应罐加热至160～200℃之间，保温时间20～90小时，然后冷却到室温取出；
d.将反应后的溶液通过水系微孔滤膜过滤，先后用去离子水和无水乙醇反复洗涤、过滤分离，去除杂质，洗涤至中性为止；
e.将上述洗涤后所得物干燥，得到硒化锌纳米粉末。
上述步骤a中混合物粉末在去离子水中均匀混合，采用超声波振动并进行搅拌的方式使之溶解更充分。
上述步骤b中的联氨的纯度采用85％或80％。
上述步骤b中的高压反应釜采用聚四氟乙烯内衬的反应釜。
上述步骤e中洗涤后所得物的干燥在50～80℃下烘干。
上述步骤e中的干燥采用真空烘箱进行干燥。
相分析和形貌分析表明本发明所得硒化锌纳米粉末是单相粉体，其形状和大小均匀，粒径约在80～100nm之间。与同类技术相比，本发明所得硒化锌纳米粉末纯度高、分散性好，工艺过程安全、过程辅助溶液及产物易处理、无污染等，因此该方法具有非常广阔的应用前景。
附图说明
附图1为实施例1中200℃保温90小时所得硒化锌的纳米粉末的X射线衍射图，可见所得粉末为单相。
具体实施方式
实施例1
将2.440份ZnCl2·2H2O和2.000份SeO2两种固体粉末均匀混合，再加入12.987份的盐酸，乙醇64.935份，去离子水155.84份，采用超声波振动并进行搅拌的方式使之均匀混合。将上述混合物溶液倒入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，再加入85％的联氨12.987份。将上述反应釜加热至200℃之间，保温时间90小时，然后冷却到室温取出。将反应后的溶液通过水系微孔滤膜过滤，先后用去离子水和无水乙醇反复洗涤、过滤分离，去除杂质，洗涤至中性为止。将上述洗涤后所得物在70℃下的真空烘箱中干燥，得到硒化锌粉末。
实施例2
将1.220份ZnCl2·2H2O和1.000份SeO2两种固体粉末均匀混合，再加入盐酸12.987份，乙醇64.935份，去离子水155.84份，采用超声波振动并进行搅拌的方式使之均匀混合。将上述混合物溶液倒入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，再加入85％的联氨12.987份。将上述反应釜加热至200℃之间，保温时间45小时，然后冷却到室温取出。将反应后的溶液通过水系微孔滤膜过滤，先后用去离子水和无水乙醇反复洗涤、过滤分离，去除杂质，洗涤至中性为止。将上述洗涤后所得物在70℃下的真空烘箱干燥，得到硒化锌粉末。
Claims (4)
1.一种硒化锌纳米粉末的制备方法，该方法包括如下顺序的步骤：
a.将1.2～3.0份ZnCl2·2H2O、1.0～2.5份SeO2两种固体粉末均匀混合，再加入盐酸，无水乙醇和去离子水等溶剂均匀混合；
b.将上述混合物溶液倒入高压反应釜，再加入10～15份联氨；
c.将上述反应釜加热至160～200℃之间，保温时间20～90小时，然后冷却到室温取出；
d.将反应后的溶液通过水系微孔滤膜过滤，先后用去离子水和无水乙醇反复洗涤、过滤分离，去除杂质，洗涤至中性为止；
e.将上述洗涤后所得物干燥，得到硒化锌纳米粉末。
2.如权利要求1所述一种硒化锌纳米粉末的制备方法，其中所述步骤a中向混合粉中加入的溶剂为10～15份盐酸，45～60份无水乙醇和130～160份去离子水，采用超声波振动并进行搅拌的方式使之溶解更充分并混合均匀。
3.如权利要求1所述一种硒化锌纳米粉末的制备方法，其中所述步骤e中洗涤后所得物的干燥是在50～80℃下烘干。
4.如权利要求1或3所述一种硒化锌纳米粉末的制备方法，其中所述步骤e中的干燥采用真空烘箱进行干燥。
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