一種制備碲單晶納米管的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體材料的制備方法，具體是一種直接通過氣相法制備碲單晶納米管的方法，屬于半導(dǎo)體納米材料及其制備的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]碲屬于氧族中的一種稀散元素，具有很高的電阻系數(shù)，是無機(jī)非金屬元素中金屬性最強(qiáng)的且具有逆磁性。常見的碲主要有兩種形態(tài):即無定形碲和晶體碲，晶體碲三方相晶格排列呈螺旋鏈狀結(jié)構(gòu)，有很強(qiáng)的各向異性，且直接禁帶寬僅為0.33eV，具有非線性光學(xué)、光電導(dǎo)、偏振性，具有較強(qiáng)的可回收再利用性，一般用作良好的半導(dǎo)體材料，主要應(yīng)用于電子、冶金、化工催化、光電導(dǎo)器件等方面。
[0003]納米級(jí)半導(dǎo)體材料有許多宏觀塊體材料所不具備的特有性質(zhì)，低維的微納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料的直徑很小，存在著顯著的量子尺寸效應(yīng)，并且由于其形狀的各向異性而具有優(yōu)異的物理、化學(xué)特性，已在納米電子學(xué)、納米光電子學(xué)、超高密度存儲(chǔ)、各種傳感器、掃描探針顯微鏡以及隱形材料等方面顯示出潛在的應(yīng)用前景。
[0004]因此，目前對(duì)于碲的合成應(yīng)用也呈現(xiàn)出低維化趨勢(shì)，納米尺寸的三方相碲的制備與性能研究引起了材料學(xué)家、化學(xué)家們的重視，尤其一維(準(zhǔn)一維)碲納米晶的制備得到越來越多的關(guān)注。近年來，碲納米材料尤其是一維結(jié)構(gòu)如納米線、納米帶、納米管的制備方法多為在水熱基礎(chǔ)上發(fā)展的溶劑熱及混合溶劑熱等液相合成技術(shù)。
[0005]水熱法:如2003年，錢逸泰課題組采用水熱法，以亞碲酸鈉為還原劑，乙醇和水作為混合溶劑，100攝氏度條件下合成碲管。并且研究了溶液的酸堿性以及表面活性劑比如聚乙烯吡咯烷酮對(duì)于產(chǎn)物形貌的影響，參閱New J.Chem.第27卷第1748頁。
[0006]溶劑熱法:如2002年，夏幼南研究小組以乙二醇為還原劑，碲酸為相應(yīng)碲源，采用多元醇回流還原碲酸，制得了尺寸均一的碲納米管，詳細(xì)的研究了它的時(shí)間演化過程，并提出了生長(zhǎng)機(jī)理，參閱Adv.Mater.第14卷第279頁。2008年，俞書宏課題組以乙二醇為溶劑，二氧化碲為碲源，180攝氏度條件下反應(yīng)制備碲管，并研究十六烷基三甲基溴化銨以及纖維素乙酸酯對(duì)于碲管形貌的影響，參閱Crystal Growth & Design第8卷第1902頁。
[0007]在這些方法中，大都采用水熱法、溶劑熱法還原高價(jià)態(tài)的碲化物來制備碲納米管，而用氣相法制備一維(準(zhǔn)一維)碲納米晶的鮮有報(bào)導(dǎo)。
[0008]現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)需要使用大量功能各異的無機(jī)新材料，這些功能材料必須是高純的，或者是在高純材料中進(jìn)行摻雜。但是，我們所熟悉的一些制備方法如高溫熔煉、水熱、溶劑熱等所得產(chǎn)物表面往往有吸附污染，不利于材料應(yīng)用。而化學(xué)氣相法可以在常壓或者真空狀態(tài)下反應(yīng)，具有產(chǎn)物純度高、沉積成膜工藝過程簡(jiǎn)單、可以有意識(shí)的改變和調(diào)節(jié)反應(yīng)物的成分和特性，靈活性較大、無廢水廢液排放，對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)因而越來越受到大家的關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種利用氣相法制備一維(準(zhǔn)一維)碲納米晶的方法，采用該方法獲得的碲單晶納米管具有結(jié)晶性好，純度高的特點(diǎn)，該方法操作簡(jiǎn)單，靈活性較大、無廢水廢液排放，對(duì)環(huán)境污染小。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種制備碲單晶納米管的方法，包括如下步驟:使用水平管式爐，爐管內(nèi)貼壁鋪一層石墨紙，石墨紙上均勻涂有BiCl3Z醇溶液并干燥，將碲化鉍粉末置于管式爐中心溫區(qū)位置，爐溫設(shè)置為800°C，通入氬氣作為保護(hù)氣體，進(jìn)行氣相反應(yīng)，氣相反應(yīng)結(jié)束，在管式爐下游距中心溫區(qū)38-50cm處爐管頂部的石墨紙上收集沉積物碲單晶納米管。
[0011]優(yōu)選的，所述氣相反應(yīng)時(shí)間為60-800min。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述氣相反應(yīng)時(shí)間可以是300min。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述氣相反應(yīng)時(shí)間可以是所述氣相反應(yīng)時(shí)間為600min。
[0014]優(yōu)選的，所述BiCl3乙醇溶液的濃度為0.005-0.05摩爾/升。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述BiCl3乙醇溶液的濃度為0.01摩爾/升。
[0016]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述BiCl3乙醇溶液的濃度為0.05摩爾/升。
[0017]本發(fā)明技術(shù)方案中，所述石墨紙上涂布的BiCl3Z醇溶液可以是1~3層。具體操作是，在石墨紙上均勻涂布一層BiCl3乙醇溶液，干燥，獲得涂布I層涂布BiCl 3乙醇溶液的石墨紙；再其基礎(chǔ)上涂布第二層BiCl3乙醇溶液，干燥，可獲得涂布2層BiCl 3乙醇溶液的石墨紙；再在此基礎(chǔ)上，再涂布第三層BiCl3Z醇溶液，干燥，可獲得涂布3層BiCl 3乙醇溶液的石墨紙。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:使用本發(fā)明的氣相法制備出的單晶碲納米管，產(chǎn)物結(jié)晶性好，純度高，對(duì)環(huán)境污染小，本發(fā)明方法具有操作簡(jiǎn)單、制備過程清潔無污染，易于操作、推廣的特點(diǎn)，具有重要的研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0019]圖1為實(shí)施例1中所得產(chǎn)物的掃描電子顯微鏡圖片。
[0020]圖2為實(shí)施例1中所得產(chǎn)物的透射電子顯微鏡圖片。
[0021]圖3為實(shí)施例1中所得產(chǎn)物的選區(qū)電子衍射圖片。
[0022]圖4為實(shí)施例1中所得產(chǎn)物的能量色散光譜圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，這些實(shí)施例僅用來說明本發(fā)明，并不限制本發(fā)明的范圍。
[0024]實(shí)施例1使用水平管式爐，爐管內(nèi)貼壁鋪一層石墨紙，石墨紙上均勻涂有濃度為0.01摩爾/升的BiCl3Z醇溶液并干燥，將商業(yè)購買的碲化鉍粉末置于管式爐中心溫區(qū)位置，爐溫設(shè)置為800°C，通入氬氣作為保護(hù)氣體，反應(yīng)時(shí)間600分鐘，在管式爐下游距中心溫區(qū)45cm處爐管頂部的石墨紙上收集沉積物。所得產(chǎn)物的掃描電子顯微鏡圖可以清晰的看到管狀結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其透射電子顯微鏡圖也可以看出管子中間部分比外緣顏色明顯的淺，結(jié)合圖1掃描電子顯微鏡圖可以說明管子中間部分為空心，如圖2所示。選區(qū)電子衍射圖樣可以看出該產(chǎn)物為單晶，如圖3所示。能量色散光譜可以看出該產(chǎn)物為碲，如圖4所不O
[0025]實(shí)施例2使用水平管式爐，爐管內(nèi)貼壁鋪一層石墨紙，石墨紙上均勻涂有濃度為0.05摩爾/升的BiCl3Z醇溶液并干燥，將商業(yè)購買的碲化鉍粉末置于管式爐中心溫區(qū)位置，爐溫設(shè)置為800°C，通入氬氣作為保護(hù)氣體，反應(yīng)時(shí)間600分鐘，在管式爐下游距中心溫區(qū)45cm處爐管頂部的石墨紙上收集沉積物。
[0026]實(shí)施例3使用水平管式爐，爐管內(nèi)貼壁鋪一層石墨紙，石墨紙上均勻涂有濃度為0.01摩爾/升的BiCl3Z醇溶液并干燥，將商業(yè)購買的碲化鉍粉末置于管式爐中心溫區(qū)位置，爐溫設(shè)置為800°C，通入氬氣作為保護(hù)氣體，反應(yīng)時(shí)間300分鐘，在管式爐下游距中心溫區(qū)45cm處爐管頂部的石墨紙上收集沉積物。
[0027]實(shí)施例4使用水平管式爐，爐管內(nèi)貼壁鋪一層石墨紙，石墨紙上均勻涂有濃度為0.01摩爾/升的BiCl3Z醇溶液并干燥，將商業(yè)購買的碲化鉍粉末置于管式爐中心溫區(qū)位置，爐溫設(shè)置為800°C，通入氬氣作為保護(hù)氣體，反應(yīng)時(shí)間600分鐘，在管式爐下游距中心溫區(qū)38cm處爐管頂部的石墨紙上收集沉積物。
[0028]實(shí)施例5使用水平管式爐，爐管內(nèi)貼壁鋪一層石墨紙，石墨紙上均勻涂有一層濃度為0.005摩爾/升的BiCl3Z醇溶液并干燥，將商業(yè)購買的碲化鉍粉末置于管式爐中心溫區(qū)位置，爐溫設(shè)置為800°C，通入氬氣作為保護(hù)氣體，反應(yīng)時(shí)間800分鐘，在管式爐下游距中心溫區(qū)48cm處爐管頂部的石墨紙上收集沉積物。
[0029]實(shí)施例6使用水平管式爐，爐管內(nèi)貼壁鋪一層均勻涂布了 2層濃度為0.03摩爾/升BiCl3乙醇溶液的石墨紙，將商業(yè)購買的碲化鉍粉末置于管式爐中心溫區(qū)位置，爐溫設(shè)置為800°C，通入氬氣作為保護(hù)氣體，反應(yīng)時(shí)間60分鐘，在管式爐下游距中心溫區(qū)50cm處爐管頂部的石墨紙上收集沉積物。
[0030]實(shí)施例7使用水平管式爐，爐管內(nèi)貼壁鋪一層石墨紙，石墨紙上均勻涂有濃度為0.04摩爾/升的BiCl3Z醇溶液并干燥，將商業(yè)購買的碲化鉍粉末置于管式爐中心溫區(qū)位置，爐溫設(shè)置為800°C，通入氬氣作為保護(hù)氣體，反應(yīng)時(shí)間400分鐘，在管式爐下游距中心溫區(qū)42cm處爐管頂部的石墨紙上收集沉積物。
[0031]實(shí)施例8使用水平管式爐，爐管內(nèi)貼壁鋪一層均勻涂布了 3層濃度為0.02摩爾/升的BiCl3乙醇溶液的石墨紙，將商業(yè)購買的碲化鉍粉末置于管式爐中心溫區(qū)位置，爐溫設(shè)置為800°C，通入氬氣作為保護(hù)氣體，反應(yīng)時(shí)間500分鐘，在管式爐下游距中心溫區(qū)40cm處爐管頂部的石墨紙上收集沉積物。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備碲單晶納米管的方法，其特征在于:包括如下步驟:使用水平管式爐，爐管內(nèi)貼壁鋪一層石墨紙，石墨紙上均勻涂有BiCl3Z醇溶液并干燥，將碲化鉍粉末置于管式爐中心溫區(qū)位置，爐溫設(shè)置為800°C，通入氬氣作為保護(hù)氣體，進(jìn)行氣相反應(yīng)，氣相反應(yīng)結(jié)束，在管式爐下游距中心溫區(qū)38-50cm處爐管頂部的石墨紙上收集沉積物碲單晶納米管。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述氣相反應(yīng)時(shí)間為60-800min。3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述氣相反應(yīng)時(shí)間為300min。4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述氣相反應(yīng)時(shí)間為600min。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述BiCl3乙醇溶液的濃度為0.005-0.05摩爾/升。6.如權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于:所述BiCl3乙醇溶液的濃度為0.01摩爾/升。7.如權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于:所述BiCl3乙醇溶液的濃度為0.05摩爾/升。8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述石墨紙上涂布BiCl3乙醇溶液并干燥后形成的BiCl3乙醇溶液層為1~3層。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備碲單晶納米管的方法，該方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的：使用水平管式爐，爐管內(nèi)貼壁鋪一層石墨紙，石墨紙上均勻涂有濃度為0.005-0.05摩爾/升的BiCl3乙醇溶液并干燥，將商業(yè)購買的碲化鉍粉末置于管式爐中心溫區(qū)位置，爐溫設(shè)置為800℃，通入氬氣作為保護(hù)氣體，氣相反應(yīng)時(shí)間60-800分鐘，在管式爐下游距中心溫區(qū)38-50cm處爐管頂部的石墨紙上收集沉積物，即得到碲單晶納米管。本發(fā)明方法獲得的碲單晶納米管結(jié)晶性好，純度高，對(duì)環(huán)境污染小，實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，易于操作、推廣，具有重要的研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類】C30B29/66, C30B29/02, C30B25/18
【公開號(hào)】CN105113000
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510619522
【發(fā)明人】雷仁博, 郭靚, 簡(jiǎn)基康
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年9月25日