CN109052341B - 一种GaSe纳米杆的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种GaSe纳米杆的制备方法，其核心原理在于：将GaSe粉末溶于异丙醇和去离子水的溶液中，避免引入难以挥发和去除的有机溶剂和杂质；通过剪切搅拌将溶液充分混合并进行初步层间剥离；利用水浴超声和插入式探针超声制备纳米杆。本发明的有益效果在可以制备杆状GaSe纳米结构，且纯度高，市场前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于半导体纳米材料技术领域，涉及一种纳米材料制备方法，尤其涉及一种二维半导体材料GaSe纳米杆的制备方法。
背景技术
III-VI族化合物半导体GaSe，属于二维层状结构，p型半导体，其禁带宽度随着层数的减少，从1.8eV变化到3.2eV。二维GaSe具有优异的非线性光学性质和光响应特性，如：高的光响应度，高的外量子效率等优异性能，在光电探测器等领域有重要的应用。传统的液相剥离法制备二维材料，一般采用熔点比较高的N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺等有机溶剂，这类溶剂熔点高，难以去除，从而降低材料的纯净度，影响器件的性能，因此控制生长高质量的二维硒化镓晶体成为大家研究的热点。
同时，现有GaSe纳米材料制备方法得出的纳米材料基本都是片状或块状，而无制备成杆状的方法。
发明内容
针对现有方法中存在的问题，本发明的目的在于提供一种GaSe纳米杆的制备方法。本发明的GaSe纳米杆制备方法中采用熔点低、易挥发的异丙醇和去离子水作为溶剂。此方法原材料简单，成本低，对环境无污染，能够在常温下合成，适合大规模化生产，具有广阔的应用前景。GaSe纳米杆具有高性能光电性质和制造实用性。
本发明所提供的GaSe纳米杆的制备方法，具体包括以下几个步骤；
a)将1.2克质量的商品GaSe块状晶体溶解在0.12L含量为80％异丙醇和20％去离子水溶剂中，采用剪切搅拌机进行搅拌，搅拌速率为5000-8000r/min，时间为80-140分钟，温度15-40℃，得到A溶液；
b)将所述的A溶液进行水浴超声，超声时间为3～5小时，温度20℃，超声后得到溶液B；
d)对溶液离心分离，离心速率为6000～12000r/min，离心时间40～80min，获取所述GaSe纳米杆溶液。
按上述方案，步骤b完毕后，将所述的B溶液进行插入式探针超声，超声时间为8～15小时，振幅为60％，脉冲开/关时间比为5s/5s或6s/4s或7s/3s，温度为20℃，再将该步骤完成后的溶液进行步骤d。
按上述方能，所述步骤a中的搅拌机速率为6000r/min，时间120分钟，温度20℃。
按上述方案，所述步骤d中的离心速率为10000r/min，离心时间60min。
按上述方案，步骤d中离心完成后，获取取上层溶液的30％，得到GaSe纳米杆溶液。
本专利方法的具体参数选择，得到的GaSe纳米杆的长度范围为5～15μm，平均长度约为8μm，平均宽度约为200nm，通过改变超声时间可以得到含有不同尺寸纳米杆的溶液。纳米杆的尺寸分布由插入式探针超声的时间和离心分离的转速决定。
该发明的技术核心在于，将GaSe粉末溶于异丙醇和去离子水的溶液中，避免引入难以挥发和去除的有机溶剂和杂质；通过剪切搅拌将溶液充分混合并进行初步层间剥离；利用水浴超声和插入式探针超声制备纳米杆。
本专利的有益效果在于：
1、本发明方法的制备杆状GaSe纳米材料，不同于片状GaSe纳米材料，市场应用前景广阔；
2、本发明方法制备的GaSe纳米杆，由于采用易挥发的的有机溶剂，纯度高；
3、本专利制备方法原材料简单，利用率高，成本低，性能稳定重复率好，无环境污染，适合大规模化生产。
附图说明
图1为实施例1方法制备的的GaSe纳米杆扫描电子显微镜(SEM)示意图；
图2为GaSe纳米杆拉曼图谱；
图3为GaSe纳米杆制备过程示意图；
图4为实施例2方法制备的GaSe纳米杆结构扫描电子显微镜(SEM)示意图；
图5为GaSe纳米结构的拉曼图谱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
结合附图说明本发明具体实施例效果。
实施例1
在烧杯中，将1.2克质量的商品GaSe块状晶体溶解在0.12L含量为80％异丙醇和20％去离子水溶剂中，采用剪切搅拌机进行搅拌，搅拌速率为6000r/min，时间为120分钟，温度为20℃；然后取其中90ml溶液置于另一烧杯中，将该烧杯放置在水浴中，保持水浴温度为20℃，采用水浴超声仪来剥离GaSe，超声时间为5小时；接着采用插入式探针超声仪进一步剥离GaSe使其层与层之间分开，脉冲开/关时间比为5s/5s，超声时间为15小时；最后，通过离心机分离获得GaSe纳米杆溶液，离心速率为10000r/min，离心时间60min；离心后，取上层溶液的30％，获得GaSe纳米杆溶液。将溶液滴涂在蓝宝石衬底上，通过电子显微镜观察，如图1所示，包括大量的纳米杆和少量纳米片，纳米杆的形状比较匀称，纳米杆的拉曼图谱分析如图2所示。与实施例2相比较，由于加入了探针超声步骤，制备效果要比实施例2要好的多。
纳米杆制备过程示意图如图3所示，其中：Mixer为剪切搅拌，bath sonication为水浴超声，probe sonication为插入式探针超声，centrifuge为离心分离过程，左下图为剪切搅拌仪的转子仰视图。
实施例2
在烧杯中，将1.2克质量的商品GaSe块状晶体溶解在0.12L含量为80％异丙醇和20％去离子水溶剂中，采用剪切搅拌机进行搅拌，搅拌速率为6000r/min，时间为120分钟，温度为20℃；然后将溶液的烧杯放置在水浴超声中，保持水浴温度为20℃，采用水浴超声仪来剥离GaSe，超声时间为3小时；最后，通过离心机分离获得GaSe纳米杆溶液，离心速率为6000r/min，离心时间60min；离心后，取上层溶液的30％，获得GaSe纳米结构的溶液。将溶液滴涂在蓝宝石衬底上，通过电子显微镜观察，形成如图4所示的GaSe纳米结构，包括大量纳米片和少量尺寸不一的纳米杆。GaSe纳米结构的拉曼图谱分析如图5所示，表明形成的纳米片和纳米杆均为GaSe，且在制备过程中没有被氧化。
实施例3
与实施例1不同的在于：搅拌速率为8000r/min，搅拌时间为140分钟，搅拌时温度控制在40℃；水浴超声时间3小时；插入式探针超声时间8小时，脉冲开/关时间比为6s/4s；离心转速在12000r/min，离心时间80min，将溶液滴涂在蓝宝石衬底上，通过电子显微镜观察，仍可发现GaSe纳米杆。
实施例4
与实施例1不同的在于：搅拌速率为5000r/min，搅拌时间为80分钟，搅拌时温度控制在15℃；水浴超声时间4小时，温度20℃；插入式探针超声时间12小时、脉冲开/关时间比为7s/3s；离心转速在10000r/min，离心时间40min，将溶液滴涂在蓝宝石衬底上，通过电子显微镜观察，仍可发现GaSe纳米杆。
实施例5
与实施例1不同的在于：搅拌速率为8000r/min，搅拌时间为140分钟，搅拌时温度控制在40℃；水浴超声时间5小时，温度20℃；插入式探针超声时间8小时，脉冲开/关时间比为5s/5s；离心转速在12000r/min，离心时间80min，将溶液滴涂在蓝宝石衬底上，通过电子显微镜观察，仍可发现GaSe纳米杆。
本实施例选择的剪切搅拌转速及时间、水浴超声时间、插入式探针超声时间以及离心转速时间等均是示例性的。相关参数，只要在：剪切搅拌转速5000-8000r/min，时间为80-140分钟，温度15-40℃；水浴超声时间3～5小时；插入式探针超声时间8～15小时，脉冲开关是时间也可以选择6s/4s,或者7s/3s，；离心转速在6000～12000r/min，离心时间40～80min范围内，均可以制备出GaSe纳米杆。得到的GaSe纳米杆的长度范围为5～15μm，平均长度约为8μm，平均宽度约为200nm，通过改变超声时间可以得到含有不同尺寸纳米杆的溶液。纳米杆的尺寸分布由插入式探针超声的时间和离心分离的转速决定。
Claims (4)
1.一种GaSe纳米杆的制备方法，具体包括以下几个步骤；
a)将1.2克质量的商品GaSe块状晶体溶解在0.12L含量为80％异丙醇和20％去离子水溶剂中，采用剪切搅拌机进行搅拌，搅拌速率为5000-8000r/min，时间为80-140分钟，温度15-40℃，得到A溶液；
b)将所述的A溶液进行水浴超声，超声时间为3～5小时，温度20℃，超声后得到溶液B；
c)步骤b完毕后，将所述的B溶液进行插入式探针超声，超声时间为8～15小时，振幅为60％，脉冲开/关时间比为5s/5s或6s/4s或7s/3s，温度为20℃，再将该步骤完成后的溶液进行步骤d；
d)对溶液离心分离，离心速率为6000～12000r/min，离心时间40～80min，获取所述GaSe纳米杆溶液。
2.根据权利要求1所述的GaSe纳米杆制备方法，其特征在于：所述步骤d中离心完成后，获取取上层溶液的30％，得到GaSe纳米杆溶液。
3.根据权利要求1所述的GaSe纳米杆制备方法，其特征在于：所述步骤a中的搅拌机速率为6000r/min，时间120分钟，温度20℃。
4.根据权利要求1所述的GaSe纳米杆制备方法，其特征在于：所述步骤d中的离心速率为10000r/min，离心时间60min。
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