CN105480955B - 一种Ge‑Sb‑Se硫系纳米线的制备方法 - Google Patents

一种Ge‑Sb‑Se硫系纳米线的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105480955B
CN105480955B CN201510909387.7A CN201510909387A CN105480955B CN 105480955 B CN105480955 B CN 105480955B CN 201510909387 A CN201510909387 A CN 201510909387A CN 105480955 B CN105480955 B CN 105480955B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
nano wire
gold
low
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510909387.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105480955A (zh
Inventor
李增光
吕业刚
马亚东
沈祥
王国祥
戴世勋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo University
Original Assignee
Ningbo University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo University filed Critical Ningbo University
Priority to CN201510909387.7A priority Critical patent/CN105480955B/zh
Publication of CN105480955A publication Critical patent/CN105480955A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105480955B publication Critical patent/CN105480955B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B19/00—Selenium; Tellurium; Compounds thereof
    • C01B19/007—Tellurides or selenides of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/82—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by IR- or Raman-data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/10—Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
    • C01P2004/16—Nanowires or nanorods, i.e. solid nanofibres with two nearly equal dimensions between 1-100 nanometer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明公开了一种Ge‑Sb‑Se硫系纳米线的制备方法，特点是采用高纯度的Ge20Sb15Se65玻璃粉末作为原料，采用水平管式炉装置，以高纯氩气作为工作气体，采用镀金硅片衬底材料进行表面沉积的步骤；将衬底分别放入去离子水与无水乙醇中用超声清洗的步骤；控制高温区温度450~550℃，低温区300~400℃，氩气流量130~150sccm及真空度1~5torr的步骤；最后沉积90~120分钟制得Ge‑Sb‑Se硫系纳米线的步骤，优点是工艺可控性强，生产成本低，重复性好，Ge‑Sb‑Se纳米线均匀致密。

Description

一种Ge-Sb-Se硫系纳米线的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料领域，尤其是涉及一种Ge-Sb-Se硫系纳米线的制备方法。
背景技术
现代高新技术的发展，使得材料的研究向更小尺度范围的研究成为了一种可能，也是一种研究的趋势。纳米材料是20世纪80年代中期发展起来的一种具有全新结构的材料，因为其在尺寸减小所带来的优异的性能表现，以及独特的结构特性，使其在光学、电学、磁学、催化以及传感器等方面具有广阔的应用前景，并引起了科学界的广泛的关注，各国也都不遗余力的在纳米科技方面进行投入，以便在纳米领域取得话语权。其中一维纳米结构体系或纳米材料的研究，既是研究其他低维材料的基础，又与纳米电子器件及微型传感器密切相关，是近年来国内外研究的前沿。
目前，纳米线的制备方法主要有：催化法、化学气相沉积法、模板法、高温分解法、微胶模板法、蒸发冷凝法、溶胶-凝胶法以及水热法等。在上述各种制备方法中，化学气相沉积法具有独到之处，已经成为纳米线制备中的标准方法。化学气相沉积法制备的纳米线具有质地均匀、纯度高、工艺可控和过程连续等优点。
Ge-Sb-Se硫系玻璃具有较快的光学响应时间、较低的光学损耗、较高的线性和非线性折射率、较好的结构稳定性、独特的光敏特性等优异性能，在红外传感、红外成像、能量传输、静电复印、全息存储、非线性光学、近场显微成像、光倍频器、无机光刻、增透膜等现代集成光电子学器件领域呈现出广阔的应用前景。Ge-Sb-Se硫系纳米线不但具有硫系玻璃的优点，同时具备纳米材料的优异的性能表现，因而Ge-Sb-Se硫系纳米线具有更广阔的应用前景，特别是在光电器件方面的应用。目前，国内外还没有公开任何关于Ge-Sb-Se硫系纳米线及其制备方法的相关研究报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低，工艺可控性强，且易于工业化大规模生产的Ge-Sb-Se硫系纳米线的制备方法
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种Ge-Sb-Se硫系纳米线的制备方法，采用高纯度的Ge20Sb15Se65玻璃粉末作为原料，采用水平管式炉装置，以高纯氩气作为工作气体，采用镀金硅片衬底材料进行表面沉积，具体步骤如下：
（1）采用硅片作为衬底，先放在去离子水中用超声清洗20分钟，再放入无水乙醇中用超声清洗20分钟，最后用高纯氮气吹干；
（2）将硅片放入镀金设备中进行镀金，镀金厚度为100~200nm；
（3）称量Ge20Sb15Se65原料0.3~0.5g放入石英坩埚中，并将坩埚置于水平管式炉的高温区，另外将镀金衬底置于低温区；
（4）将水平管式炉抽真空，待管内真空度达到0.02~0.03torr时，向水平管式炉内通入氩气，氩气流量为100~150sccm，10分钟后开始加热，待温度达到设定温度后保持90~120分钟，管内真空度保持在1~5 torr，所述的高温区的设定温度为450~550℃，所述的低温区的设定温度为300~400℃；
（5）沉积结束后，让炉内自然降温，待温度降到70℃时，取出分布有Ge-Sb-Se纳米线的镀金衬底，即得到Ge-Sb-Se硫系纳米线。
步骤（1）中所述的衬底为SiO2/Si(100)基片。
步骤（3）中所述的高温区的Ge-Sb-Se原料处在气流的上游，所述的低温区的镀金硅片处在气流的下游。
步骤（3）中所述的高温区与所述的低温区之间的距离为10~20cm。此区域位于气流的下降区，有利于蒸汽分子在衬底上进行沉积形成纳米线。
步骤（3）中所述的高温区的设定温度为500℃，所述的低温区的设定温度为400℃。
步骤（4）中所述的氩气为纯度99.99%的高纯氩。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明首次公开了一种Ge-Sb-Se硫系纳米线的制备方法，采用了Ge20Sb15Se65组分的原料，该组分的Ge-Sb-Se原料成玻能力强，光学透过范围宽，具有较高的非线性折射率，较好的结构稳定性以及独特的光敏特性等优异性能。在传统的气相沉积的基础上，利用气-液-固（VLS）方法制备了Ge-Sb-Se的硫系纳米线，VLS机制首次应用于Ge-Sb-Se纳米线的制备，其过程可描述为：催化剂金首先在衬底上形成纳米金小液滴，后续沉积的Ge-Sb-Se蒸汽分子被纳米液滴吸附，当达到饱和时，Ge-Sb-Se将析出结晶，由于受到液滴的横向束缚，导致后续的生长沿一维方向进行，得到纳米线的形貌。该方法制备的Ge-Sb-Se纳米线在整个衬底上的分布较均匀，沉积物由大量的线状纳米晶组成，每根纳米线顶端都有金颗粒，单根纳米线直径在50~600nm，长度约为2~10μm，且Ge-Sb-Se纳米线具有光滑的表面。该纳米线具有良好的热稳定性和较高的线性及非线性折射率等优良特性，是用于多功能光子器件的理想候选材料，也是光信号处理集成光器件的理想基质平台。同时可以通过对制备工艺，如沉积温度、氩气流量、管内真空度等的控制与调节来制备不同生长状况的纳米线。本发明具有工艺可控性强，生产成本低，重复性好，制备得到的Ge-Sb-Se硫系纳米线具有均匀致密的优点，可以用于工业化规模制备大面积的硫系纳米线，从而满足未来光电纳米材料的应用需求，特别是在光电器件方面的应用。
附图说明
图1为实施例1的Ge-Sb-Se纳米线扫描电子显微镜（Scanning ElectronicMicroscope ，简称SEM）照片；
图2为实施例2的Ge-Sb-Se纳米线SEM照片；
图3为实施例3的Ge-Sb-Se纳米线SEM照片；
图4为实施例4的Ge-Sb-Se纳米线SEM照片；
图5为实施例5的Ge-Sb-Se纳米线SEM照片；
图6为实施例1的Ge-Sb-Se纳米线测得的X射线衍射图；
图7为实施例1的Ge-Sb-Se纳米线测得的拉曼图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
一、具体实施例
本发明以下实施例所用的真空管式高温烧结炉由合肥科晶技术有限公司制造，采用智能控温调节仪，并结合抽真空装置和混气装置共同构成实验系统。
采用Ge20Sb15Se65硫系玻璃粉末作为原料。将硅片衬底放在去离子水中用超声清洗20分钟，再放入无水乙醇中用超声清洗20分钟，最后用高纯氮气吹干，再进行镀金，镀金厚度为100~200nm。
实施例1
称量Ge20Sb15Se65原料0.4g放入石英坩埚中，并将坩埚置于水平管式炉的高温区，另外将镀金硅片置于低温区，高温区与低温区之间的距离为15cm，将炉内进行抽真空，待压强达到3×10-2 torr时开始通氩气，氩气流量设置为100sccm，通氩气10分钟后开始加热，其中高温区温度设置为500℃，低温区设置为400℃，在该温度下保持120分钟，管内压强保持在2torr，沉积结束后，让炉内自然降温，待温度降低到70℃时取出生长的纳米线。上述衬底为SiO2/Si(100)基片。高温区的Ge-Sb-Se原料处在气流的上游，低温区的镀金硅片处在气流的下游。氩气为纯度为99.99%的高纯氩。
测试上述实施例1制备得到的Ge-Sb-Se纳米线，得到生长状况的扫描电子显微镜（SEM）测试结果参考图1，得到的拉曼测试结果参考图6，得到的X射线衍射普参考图7。
实施例2
同实施例1，其区别点在于，低温区温度设置为350℃。测试上述实施例2制备得到的Ge-Sb-Se纳米线的生长状况，得到的测试结果参考图2。
实施例3
同实施例1，其区别点在于，低温区温度设置为300℃。测试上述实施例3制备得到的Ge-Sb-Se纳米线的生长状况，得到的测试结果参考图3。
实施例4
同实施例3，其区别点在于，高温区温度设置为550℃。测试上述实施例4制备得到的Ge-Sb-Se纳米线的生长状况，得到的测试结果参考图4。
实施例5
同实施例2，其区别点在于，低温区温度设置为350℃，氩气流量为150sccm。测试上述实施例5制备得到的Ge-Sb-Se纳米线的生长状况，得到的测试结果参考图5。
实施例6
同上述实施例1，其区别点在于：称量Ge20Sb15Se65原料0.3g放入石英坩埚中，并将坩埚置于水平管式炉的高温区，另外将镀金衬底置于低温区，高温区与低温区之间的距离为10cm；将水平管式炉抽真空，待管内真空度达到0.025torr时，向水平管式炉内通入氩气，氩气流量为120sccm，10分钟后开始加热，其中高温区温度设置为450℃，低温区设置为350℃，待温度达到设定温度后保持115分钟，管内真空度保持在1 torr；沉积结束后，让炉内自然降温，待温度降到70℃时，取出分布有Ge-Sb-Se纳米线的镀金衬底，即得到Ge-Sb-Se硫系纳米线。
实施例7
同上述实施例1，其区别点在于：称量Ge20Sb15Se65原料0.5g放入石英坩埚中，并将坩埚置于水平管式炉的高温区，另外将镀金衬底置于低温区，高温区与低温区之间的距离为20cm；将水平管式炉抽真空，待管内真空度达到0.02torr时，向水平管式炉内通入氩气，氩气流量为130sccm，10分钟后开始加热，其中高温区温度设置为480℃，低温区设置为380℃，待温度达到设定温度后保持90分钟，管内真空度保持在5 torr；沉积结束后，让炉内自然降温，待温度降到70℃时，取出分布有Ge-Sb-Se纳米线的镀金衬底，即得到Ge-Sb-Se硫系纳米线。
二、实验结果分析
对制备的Ge-Sb-Se纳米线生长状况进行测试，扫描电子显微镜（SEM）的测试结果如附图所示，从图1可以看出实施例1利用气-液-固（VLS）制备的Ge-Sb-Se纳米线在整个衬底上的分布较均匀，沉积物由大量的线状纳米晶组成，每根纳米线顶端有金颗粒，纳米线直径约为100~200nm，长度约为2~10μm，且Ge-Sb-Se纳米线具有光滑的表面。
由图2和图3同图1进行对比可知，随着低温区的温度逐渐降低，生长的纳米线粗细不均匀，当低温区的温度为350℃时，纳米线出现了弯曲且有较细的纳米线，当低温区的温度到300℃时，纳米线生长的较短，可能是因为低温区温度太低以致晶核形成及纳米线的生长都非常缓慢。
由图4可知，当高温区的温度为550℃，低温区为300℃时，纳米线较细而且杂乱不均匀，但与图3相比纳米线长得比较长，可能由于高温区温度较高以致低温区的液滴浓度过饱和，在低温区迅速凝结，因而长得比较乱。
由上述结果可知，高温区温度低于450℃时，Ge20Sb15Se65原料蒸发不充分，形成的蒸汽分子浓度过低，不利于纳米线成核，不能生长出纳米线或生长的纳米线过短；当高温区的温度高于550℃时，产生的蒸汽浓度过高，并且由于高温区与低温区的温差较大，导致气流不稳定，生长的纳米线杂乱且不均匀。低温区的温度低于300℃时，硅片上的镀金层不能形成纳米金颗粒，也就不能够吸附蒸汽分子形成纳米线；当低温区温度高于400℃时，高低温区温差小，高温区的蒸汽分子向低温区扩散的较少，也不利于纳米线的生长。
由图5与图2对比可知，当氩气流量为150sccm时，实施例5中得到的纳米线较乱，可能是气体流速过大导致其生长环境不稳定造成的。当压气流量低于100sccm时，气流带到低温区的蒸汽分子较少，不利于纳米线成核，生长的纳米线较短；当氩气流量高于150sccm时，气流带到低温区的蒸汽分子浓度过饱和，到低温区后迅速凝结，生长的纳米线较乱不均匀并且直径过粗。
由图6的X射线衍射图可知，实施例1制备的纳米线中出现了GeSbSe晶相，此结论也得到了图7的拉曼测试结果的证实，在拉曼测试结果中可以看出有Ge-Se键和Se-Se键产生。
综上所述，通过对制备工艺的控制与调节，可以制备出质地均匀且较长的Ge-Sb-Se纳米线。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种Ge-Sb-Se硫系纳米线的制备方法，其特征在于：采用高纯度的Ge20Sb15Se65玻璃粉末作为原料，采用水平管式炉装置，以高纯氩气作为工作气体，采用镀金硅片衬底材料进行表面沉积，具体步骤如下：
(1)采用硅片作为衬底，先放在去离子水中用超声清洗20分钟，再放入无水乙醇中用超声清洗20分钟，最后用高纯氮气吹干；
(2)将硅片放入镀金设备中进行镀金，镀金厚度为100～200nm；
(3)称量Ge20Sb15Se65原料0.3～0.5g放入石英坩埚中，并将坩埚置于水平管式炉的高温区，另外将镀金衬底置于低温区；其中所述的高温区的Ge-Sb-Se原料处在气流的上游，所述的低温区的镀金硅片处在气流的下游；所述的高温区与所述的低温区之间的距离为10～20cm；
(4)将水平管式炉抽真空，待管内真空度达到0.02～0.03torr时，向水平管式炉内通入氩气，氩气流量为100～150sccm，10分钟后开始加热，待温度达到设定温度后保持90～120分钟，管内真空度保持在1～5torr，所述的高温区的设定温度为450～550℃，所述的低温区的设定温度为300～400℃；
(5)沉积结束后，让炉内自然降温，待温度降到70℃时，取出分布有Ge-Sb-Se纳米线的镀金衬底，即得到Ge-Sb-Se硫系纳米线。
2.根据权利要求1所述的一种Ge-Sb-Se硫系纳米线的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的衬底为SiO2/Si(100)基片。
3.根据权利要求1所述的一种Ge-Sb-Se硫系纳米线的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的高温区的设定温度为500℃，所述的低温区的设定温度为400℃。
4.根据权利要求1所述的一种Ge-Sb-Se硫系纳米线的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述氩气为高纯氩。
CN201510909387.7A 2015-12-10 2015-12-10 一种Ge‑Sb‑Se硫系纳米线的制备方法 Active CN105480955B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510909387.7A CN105480955B (zh) 2015-12-10 2015-12-10 一种Ge‑Sb‑Se硫系纳米线的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510909387.7A CN105480955B (zh) 2015-12-10 2015-12-10 一种Ge‑Sb‑Se硫系纳米线的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105480955A CN105480955A (zh) 2016-04-13
CN105480955B true CN105480955B (zh) 2017-09-05

Family

ID=55668290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510909387.7A Active CN105480955B (zh) 2015-12-10 2015-12-10 一种Ge‑Sb‑Se硫系纳米线的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105480955B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107601438B (zh) * 2017-11-03 2019-07-09 安徽工业大学 一种亚硒酸镧纳米片的制备方法
CN111112642B (zh) * 2019-12-18 2022-09-27 宁波大学 一种制备锗纳米线的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102230224A (zh) * 2011-06-27 2011-11-02 南京大学 一种Ag2Se纳米线的热蒸发合成方法及电学测量器件制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102230224A (zh) * 2011-06-27 2011-11-02 南京大学 一种Ag2Se纳米线的热蒸发合成方法及电学测量器件制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Synthesis and Characterization of Ge2Sb2Te5 Nanowires with Memory Switching Effect;Yeonwoong Jung et al.;《J. AM. CHEM. SOC.》;20061007;第128卷;第14026-14027页 *
Synthesis and Characterization of Phase-Change Nanowires;Stefan Meister et al.;《NANO LETTERS》;20060617;第6卷(第7期);第1514-1517页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105480955A (zh) 2016-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tao et al. The effect of seed layer on morphology of ZnO nanorod arrays grown by hydrothermal method
Huang et al. Large-scale synthesis of flowerlike ZnO nanostructure by a simple chemical solution route and its gas-sensing property
Zhu et al. Fabrication of ordered SnO2 nanotube arrays via a template route
CN103882514A (zh) 一种半导体CdS/CdSSe异质结纳米线及其制备方法
CN102424375B (zh) 一种制备碳纳米管垂直阵列的方法
CN105480955B (zh) 一种Ge‑Sb‑Se硫系纳米线的制备方法
Grinblat et al. Hierarchical ZnO nanostructures: Growth mechanisms and surface correlated photoluminescence
Prathap et al. Anti-reflection In2O3 nanocones for silicon solar cells
CN102534800A (zh) 一种In2Se3纳米材料的制备方法
CN103160929B (zh) 一种单晶ain纳米锥和纳米片的制备方法
Khadher et al. Metal oxide thin films: a mini review
CN105399061B (zh) 一种一维硒化锡单晶纳米线的制备方法
CN103073052B (zh) 一种锗酸锌纵向孪晶纳米线的制备方法
CN100560811C (zh) 硅纳米线结构及其生长方法
CN101210347B (zh) 一种制备有机化合物单晶纳米结构的方法
CN104805409A (zh) 采用磁控溅射-掩模辅助沉积制备Ag纳米线阵列电极的方法
CN107915496A (zh) 一种大面积二维有机‑无机钙钛矿薄膜的制备方法
CN102502664B (zh) 一种SiO2纳米纤维束阵列的合成方法
CN101845619A (zh) 一种制备ZnO纳米针阵列的方法
Dong et al. Diameter-controlled growth of In2O3 nanowires on the surfaces of indium grains
Zhuang et al. Boron-assisted growth of silica nanowire arrays and silica microflowers for bendable capacitor application
CN102162135A (zh) ZnS/Si核壳纳米线或纳米带及多晶Si管制备方法
CN111206284B (zh) 一种硒化钯单晶及其制备和应用
Zamchiy et al. Tin-catalyzed oriented array of microropes of silicon oxide nanowires synthesized on different substrates
Liu et al. Preparation of tin oxide self-assembly nanostructures by chemical vapor deposition

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant