CN104229758A - 一种大尺寸ZnSe纳米片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大尺寸ZnSe纳米片的制备方法，该方法是采用溶剂热法，即：先利用溶剂热法在高压反应釜中制备出ZnSe纳米片的前驱体，通过控制溶剂与去离子水的体积比以及高压反应釜的填充度来得到纳米片形貌，接着在管式电阻炉中烧结前驱体得到大尺寸的ZnSe纳米片。该方法具有操作简单，能耗低，对环境污染小等优点，并且制备过程中所用原料及溶剂成本低且毒性低，易于实现大规模生产等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种大尺寸ZnSe纳米片的制备方法，属于发光材料领域。
背景技术
ZnSe作为一种重要的直接带隙Ⅱ-Ⅵ族半导体发光材料, 室温下禁带宽度为2.67 eV，激子束缚能为21 meV，因为ZnSe的本征发射处于蓝光区或者蓝绿光区，特别是在可见光范围内具有优异的光学特性和电学特性，是优良的发光、激光和非线性光学材料，在传统的光电应用方面具有不可替代的优势，例如：蓝色发光器件，红外热成像仪，全天候光学装置，短波长激光器以及透射窗口材料等，无论是基础研究，还是实际应用方面都有着极为广阔的应用前景。ZnSe基宽带Ⅱ-Ⅵ族半导体在过去的十几年中已经取得了一系列的进展，ZnSe在0.15～22 μm波长范围内具有良好的透射性能和稳定的折射性能, 使得ZnSe成为制造光电器件的理想材料之一, 所以有必要对ZnSe纳米材料的合成方法及其光电性能等方面进行深入细致的研究，在一些新兴的产业中，ZnSe纳米材料同样具有不可替代的地位，例如：太阳能电池、生物医学以及光催化降解有机污染物等方面。
虽然研究工作者在ZnSe基纳米材料上一直进行不断的探索研究，但是以前的相对较成功的合成方法都存在一些缺点。例如：原材料中的二甲基锌就像二甲基镉一样既昂贵又有毒，Se粉溶解于有毒且昂贵的源材料，比如说三辛基膦（TOP）和三丁基膦（TBP）中，使用这些材料即使是对制备的ZnSe纳米晶体进行了后期的处理，这些有毒物质的泄露也会产生不可估量的影响，所以致力于寻找环保易行的绿色化学方法合成ZnSe纳米材料非常必要。
近年来，ZnSe纳米结构，包括各种不同的几何形貌：量子点、纳米棒、纳米线、纳米花、纳米带、薄膜等，都已经通过不同的方法合成出来，例如：2006年Hongzhi Fu等在《Journal of Crystal Growth》上报道了利用一种简单的化学气相沉积法制备ZnSe纳米针；2008年Joysurya Basu等在《JOURNAL OF APPLIED PHYSICS》上报道了利用MBE方法合成ZnSe纳米线，并且详细探讨了纳米线的生长机制；2011年Saikat Chattopadhyay等在《Materials Letters》上发表了利用化学方法合成ZnSe量子点，并对量子点的晶格膨胀问题进行了解释说明；尽管科学家做了大量的努力，但是大尺寸的ZnSe纳米片的报道还不多。纳米片在一个尺度上达到纳米量级，而另外两个维度上能够达到微米量级，其高的堆垛密度和大的比表面积使得ZnSe纳米片材料在纳米电子器件和生物技术领域有许多重要应用。二维ZnSe纳米片因为具有较大的比表面积，使其在光催化领域显示出较大的应用前景，尺寸达到微米量级以后，更有利于其在器件方面的应用，从而进入我们的实际生产生活中。因此寻找一种简单易行的合成方法制备大尺寸ZnSe纳米片是非常有意义的。
发明内容
本发明的目的是要提供一种大尺寸ZnSe纳米片的制备方法，该方法操作简单，能耗低，对环境污染小，并且制备过程中所用原料及溶剂成本低且毒性低。
本发明的目的是这样实现的，该方法采用溶剂热方法制备大尺寸ZnSe纳米片，通过调节溶剂与去离子水的体积比和高压反应釜的填充度，制备出大尺寸的ZnSe纳米片，其具体制备方法如下：
（1）、制备前驱体
以下材料按质量配比：Zn(NO3)2·6H2O ：去离子水：乙二胺等于7.437：100：179.8，先按比例将Zn(NO3)2·6H2O 与去离子水混合，然后搅拌，使其成为无色透明溶液，再加入乙二胺，磁力搅拌1小时后得混合溶液，再将与Zn(NO3)2·6H2O的摩尔比为1:1的硒粉加入到混合溶液中，然后将加入硒粉的混合溶液转移到带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，高压反应釜的填充度为75%-80%，将高压反应釜密封后置于温度为180 ℃的烘箱中，保温12小时，反应完成后使高压反应釜在空气中自然冷却至室温，取出产物，将取出的产物再利用蒸馏水、无水乙醇分别各超声、离心洗涤5-7次，最后55-60℃干燥1小时得到前驱体；
（2）、烧结处理
将步骤（1）得到的前驱体放在管式电阻炉中在氩气气氛下，首先从30℃经过30分钟升温至100℃，然后从100℃经过50分钟升温至200℃，从200℃经过50分钟升温至300℃，300℃保温10分钟，从300℃经过10分钟升温至310℃，310℃保温10分钟，从310℃经过20分钟升温至330℃，330℃保温10分钟，从330℃经过20分钟升温至350℃，350℃下保温3小时，然后自然冷却至室温，冷却过程中仍然通氩气，最后得到大尺寸ZnSe纳米片。
本发明的优点和效果是：
1、本发明采用溶剂热法，即：先利用溶剂热法在高压反应釜中制备出ZnSe纳米片的前驱体，通过控制溶剂与去离子水的体积比以及高压反应釜的填充度来得到纳米片形貌，接着在管式电阻炉中烧结前驱体得到大尺寸的ZnSe纳米片。
2、本发明方法具有操作简单，能耗低，对环境污染小等优点，并且制备过程中所用原料及溶剂成本低且毒性低，易于实现大规模生产等优点。
3、本发明通过调节溶剂与去离子水的体积比，和高压反应釜的填充度，成功实现了大尺寸ZnSe纳米片的制备，本发明为其他纳米材料大尺寸纳米片的制备提供了有效后备方法。
附图说明
图1是本发明大尺寸ZnSe纳米片的XRD图。
图2是本发明大尺寸ZnSe纳米片的透射电镜图。
图3是本发明大尺寸ZnSe纳米片的高分辨图。
图4是本发明大尺寸ZnSe纳米片的电子衍射图。
具体实施方式
1、制备前驱体
以下材料按质量配比Zn(NO3)2·6H2O ：去离子水：乙二胺等于7.437：100：179.8，称取Zn(NO3)2·6H2O 1.4875 克 、去离子水20毫升、乙二胺40毫升，先将Zn(NO3)2·6H2O 与去离子水混合，然后搅拌，使其成为无色透明溶液，再加入乙二胺，磁力搅拌1小时后得混合溶液，再将与Zn(NO3)2·6H2O的摩尔比为1:1的硒粉 0.3948克，加入到混合溶液中，然后将加入硒粉的转移到带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，高压反应釜的填充度为75%-80%，将高压反应釜密封后置于温度为180 ℃的烘箱中，保温12小时，反应完成后使高压反应釜在空气中自然冷却至室温，取出产物，将取出的产物再利用蒸馏水、无水乙醇分别各超声、离心洗涤5-7次，最后55-60℃干燥1小时得到前驱体；
2、烧结处理
将步骤1中得到的前驱体放在管式电阻炉中在氩气气氛下，首先，从30℃经过30分钟升温至100℃，然后从100℃经过50分钟升温至200℃，从200℃经过50分钟升温至300℃，300℃保温10分钟，从300℃经过10分钟升温至310℃，310℃保温10分钟，从310℃经过20分钟升温至330℃，330℃保温10分钟，从330℃经过20分钟升温至350℃，350℃下保温3小时，然后自然冷去至室温，冷却过程中仍然通氩气，最后得到大尺寸ZnSe纳米片。
结论：通过上述方法得到的ZnSe纳米片的X-射线衍射图如图1所示，表明ZnSe纳米片是六方纤锌矿结构，通常情况下，立方闪锌矿结构是稳定相，而六方纤锌矿结构是热力学亚稳相。该亚稳相的合成要求非常苛刻的条件，在反应过程中，两种不同的结构相又极易共存。我们的反应条件相对温和，并且产物纯度高。图2给出了ZnSe纳米片的低倍透射电镜图，从图中可以清楚的看到片状结构，并且尺寸已经达到微米量级。此外，图3是ZnSe纳米片的高分辨图，图4是ZnSe纳米片的电子衍射图，从高分辨和电子衍射图中，可以得出ZnSe纳米片的结晶质量非常好，晶格生长完整。
Claims (1)
1.一种大尺寸ZnSe纳米片的制备方法，其特征在于：该方法采用溶剂热方法制备大尺寸ZnSe纳米片，通过调节溶剂与去离子水的体积比和高压反应釜的填充度，制备出大尺寸的ZnSe纳米片，其具体制备方法如下：
（1）、制备前驱体
以下材料按质量配比：Zn(NO3)2·6H2O ：去离子水：乙二胺等于7.437：100：179.8，先按比例将Zn(NO3)2·6H2O 与去离子水混合，然后搅拌，使其成为无色透明溶液，再加入乙二胺，磁力搅拌1小时后得混合溶液，再将与Zn(NO3)2·6H2O的摩尔比为1:1的硒粉加入到混合溶液中，然后将加入硒粉的混合溶液转移到带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，高压反应釜的填充度为75%-80%，将高压反应釜密封后置于温度为180 ℃的烘箱中，保温12小时，反应完成后使高压反应釜在空气中自然冷却至室温，取出产物，将取出的产物再利用蒸馏水、无水乙醇分别各超声、离心洗涤5-7次，最后55-60℃干燥1小时得到前驱体；
（2）、烧结处理
将步骤（1）得到的前驱体放在管式电阻炉中在氩气气氛下，首先从30℃经过30分钟升温至100℃，然后从100℃经过50分钟升温至200℃，从200℃经过50分钟升温至300℃，300℃保温10分钟，从300℃经过10分钟升温至310℃，310℃保温10分钟，从310℃经过20分钟升温至330℃，330℃保温10分钟，从330℃经过20分钟升温至350℃，350℃下保温3小时，然后自然冷却至室温，冷却过程中仍然通氩气，最后得到大尺寸ZnSe纳米片。
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2013
- 2013-06-07 CN CN201310224560.0A patent/CN104229758A/zh active Pending
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