一種制備氮化銦納米材料的新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種低溫制備氮化銅納米材料的方法，屬于半導(dǎo)體材料的合成方法 及其應(yīng)用的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 氮化銅是一種非常重要的發(fā)光材料，在制備光電二極管等光電裝置W及太陽(yáng)能電 池等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但由于氮化銅的熱穩(wěn)定性比較差，在較低的溫度巧00攝氏度左 右）下就會(huì)發(fā)生分解生成氮?dú)夂徒饘巽~，所W氮化銅材料的制備非常困難。因此，人們都在 尋找一種原料廉價(jià)，簡(jiǎn)單工藝，環(huán)境潔凈的制備氮化銅材料的方法。
[0003] 目前，制備氮化銅的物理方法就是脈沖放電法和氣相沉積法。運(yùn)些物理法制備的 氮化銅具有純度高和粒徑頒窄等優(yōu)點(diǎn)，但是制備方法需要大型設(shè)備。制備氮化銅的化學(xué)方 法有熱分解銅的金屬有機(jī)化合物值ingman,Angew.化em.Int.Ed.,2000, 39, 1470)，但是運(yùn) 種制備采用的有機(jī)前驅(qū)物作為原料，但是所用的金屬有機(jī)前驅(qū)物的合成條件極為苛刻，熱 解氨基銅In(Ν&)3任urdy，Inorg.化em.，1994, 33, 382)，但原料有毒且對(duì)空氣極其敏感，金 屬銅與氮?dú)庠谖⒉ǖ入x子條件下反應(yīng)（J.S.Dyck,SolidStateCommun., 2000, 114, 355; J.Mater.Res.，1999, 14, 2411)W及高溫氨化法狂hao,Small, 2005, 1，1004)。運(yùn)種方法有 效而且可W規(guī)?；?，但是反應(yīng)溫度較高（大于500°C)，反應(yīng)過程中用到有毒的氨氣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種低溫制備氮化銅納米材料的新方法，該方法生產(chǎn)工藝 所需要的生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，反應(yīng)所需要的溫度低，能耗小，原料來源廣 泛而且廉價(jià)，操作簡(jiǎn)單，一步反應(yīng)實(shí)現(xiàn)氮化銅納米材料的合成。 陽(yáng)〇化]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種制備氮化銅納米材料的新方法，其特征在于：將含銅化合物、硫和氨基鋼加入 高壓蓋中，加熱至190-400°c，反應(yīng)時(shí)間為10-40小時(shí)，將產(chǎn)物洗涂，分離和干燥，即獲得氮 化銅納米材料。
[0007] 反應(yīng)原理如下：
[0008] 3胞畑2一化3壯2畑3 (1)
[0009] 2NaNH2+S-NazS+r^WHz似
[0010] 4化zS+Idz化一2NaInS 2+3化2〇 (3)
[0011]NasN+NalnSz- 2化zS+InN (4)
[0012] 具體地，所述含銅化合物、硫和氨基鋼的質(zhì)量比為1:0. 1-5:0. 25-10。
[0013] 具體地，所述含銅化合物選自氯化銅、硝酸銅、Ξ氧化二銅或氨氧化銅中的一種或 多種。
[0014] 作為優(yōu)選，所述硫?yàn)樯A硫。
[0015] 作為優(yōu)選，所述反應(yīng)器是不誘鋼高壓蓋。
[0016] 作為優(yōu)選，所述合成反應(yīng)的溫度為190-350°C。
[0017] 作為優(yōu)選，所述反應(yīng)時(shí)間為10-30小時(shí)。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用在密閉系統(tǒng)中，在氨基鋼的調(diào)控下，將含銅化合 物轉(zhuǎn)化為氮化銅納米材料，反應(yīng)溫度較現(xiàn)有技術(shù)低，反應(yīng)使用的原料來源廣泛且價(jià)格便宜， 反應(yīng)過程簡(jiǎn)單易控，所得產(chǎn)物氮化銅的形貌與原料直接相關(guān)，可W根據(jù)實(shí)際需求制備出不 同形態(tài)結(jié)構(gòu)的氮化銅，W用于不同目的，并且運(yùn)些氮化銅因形態(tài)結(jié)構(gòu)的不同，其尺寸也有所 差異，主要W納米尺寸的形式存在。
【附圖說明】
[0019] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0020] 圖1是實(shí)施例1制備的氮化銅納米材料的X射線粉末衍射譜圖。
[0021] 圖2是實(shí)施例1制備的氮化銅納米材料的拉曼譜圖。
[0022] 圖3是實(shí)施例1制備的氮化銅納米材料的場(chǎng)發(fā)射掃描照片。
[0023]圖4是實(shí)施例1制備的氮化銅納米材料的透射電子顯微鏡照片。
[0024] 圖5是實(shí)施例2制備的氮化銅納米材料的X射線粉末衍射譜圖。
[0025]圖6是實(shí)施例3制備的氮化銅納米材料的X射線粉末衍射譜圖。
[00%] 圖7是實(shí)施例3制備的氮化銅納米材料的場(chǎng)發(fā)射掃描照片。
[0027]圖8是實(shí)施例4制備的氮化銅納米材料的X射線粉末衍射譜圖。
[0028] 圖9是實(shí)施例4制備的氮化銅納米材料的場(chǎng)發(fā)射掃描照片。
[0029]圖10是實(shí)施例5制備的氮化銅納米材料的X射線粉末衍射譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。運(yùn)些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅W 示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。 陽(yáng)〇3U 實(shí)施例1:
[0032]將1克Ξ氧化二銅、1克升華硫和4克氨基鋼加入到一個(gè)20毫升的不誘鋼高壓蓋 中，封好后放入能夠程序升溫的電爐中，爐溫20分鐘內(nèi)從室溫升到190°C，然后在190°C下 維持30小時(shí)后自然冷卻到室溫。高壓蓋中的最終的產(chǎn)物包括黑色的沉積物和殘留的氣體。 把粘在蓋壁內(nèi)表面上的黑色沉積物收集起來用蒸饋水和無水乙醇洗涂多次，過濾后得到的 樣品，樣品分別在真空干燥箱中于5(TC干燥4小時(shí)，最后收集起來用于表征。 W33] 采用日本化gakuD/max- 丫A型X射線粉末衍射狂畑）儀對(duì)粉體進(jìn)行物相分 析，化Κα(1=1.54178《），石墨單色器，管壓和電流分別為40kV和20mA，掃描速度10.0° ·min1。
[0034] 圖1為實(shí)施例1制備的產(chǎn)物的X光衍射譜圖。由圖1可見，X光衍射譜圖中2Θ在 10-80°有所有衍射峰，其中衍射強(qiáng)度高且峰形尖銳，圖中的所有衍射峰可W被標(biāo)定為六方 相的氮化銅（JCPDS卡片No. 65-3412)，沒有出現(xiàn)其他雜質(zhì)峰。
[0035] 拉曼光譜由Spex1403型拉曼光譜儀處理，使用波長(zhǎng)為514. 5納米的氣離子激光 器，對(duì)粉體進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)。圖2是產(chǎn)物的拉曼光譜圖。圖中可W觀察到兩個(gè)很明顯的拉 曼峰，分別位于484cm1和582cm1，對(duì)應(yīng)于纖鋒礦結(jié)構(gòu)氮化銅材料的特征拉曼峰。
[0036] 使用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（陽(yáng)沈Μ,巧化JSM-6300巧和透射電子顯微鏡（HRTEM，巧化 2010,加速電壓為200kV)觀察產(chǎn)物的形貌、顆粒尺寸等。
[0037] 從產(chǎn)物的場(chǎng)發(fā)射掃描照片圖3可見，采用本發(fā)明方法獲得的氮化銅納米材料是由 納米片組成的；圖4是氮化銅的透射電鏡照片，結(jié)果也表明制備得到氮化銅的形貌為納米 片。
[0038] W上分析證實(shí)，通過該方法可W制備氮化銅納米材料，其形貌為納米片，納米片 的邊長(zhǎng)大約為400納米，厚度為50納米，根據(jù)氮化銅的質(zhì)量和Ξ氧化二銅的質(zhì)量知道制備 得到氮化銅的產(chǎn)率為90%。
[0039] 實(shí)施例2 :
[0040] 與實(shí)施例1不同之處在于，所不同的是反應(yīng)溫度為350°C，反應(yīng)時(shí)間為10小時(shí)， 將1克Ξ氧化二銅、1克升華硫和4克氨基鋼加入到一個(gè)20毫升的不誘鋼高壓蓋中，封好后 放入能夠程序升溫的電爐中，然后在35(TC下維持10小時(shí)后自然冷卻到室溫。高壓蓋中的 最終的產(chǎn)物包括黑色的沉積物和殘留的氣體。把粘在蓋壁內(nèi)表面上的黑色沉積物收集起來 經(jīng)過洗涂多次，離屯、后得到的樣品，樣品分別在真空干燥箱中于5(TC干燥4小時(shí)，最后收集 起來用于表征。
[0041] 對(duì)所獲得的氮化銅納米材料的X光衍射圖（圖5)，獲得同樣與實(shí)施例1的結(jié)果。 陽(yáng)0創(chuàng)實(shí)施例3 :
[0043] 與實(shí)施例1不同之處在于，利用氯化銅作為含銅化合物，實(shí)施例1中所用的原料 Ξ氧化二銅可W由氯化銅代替，其它的條件不變。取氯化銅0.7克，與0.5克升華硫和4.0 克氨基鋼放入20mL不誘鋼高壓蓋中，密封并置于電阻爐中，在190°C下反應(yīng)30小時(shí)，然 后自然冷卻至室溫。打開高壓蓋，將所得到產(chǎn)物經(jīng)過洗涂后，離屯、得到固體，對(duì)所獲得到 氮化銅材料進(jìn)行X光衍射圖（圖6)，掃描電鏡（圖7)，從產(chǎn)物掃描電鏡中可W看出氮化銅 為50-200納米的顆粒。
[0044] 實(shí)施例4 :
[0045] 與實(shí)施例1不同之處在于，反應(yīng)中所用的含銅化合物為氨氧化銅，其它的條件不 變。取氨氧化銅0. 8克，與0. 5克升華硫和4. 0克氨基鋼放入20mL不誘鋼高壓蓋中，密 封并置于電阻爐中，在190°C下反應(yīng)30小時(shí)，然后自然冷卻至室溫。打開高壓蓋，將所 得到產(chǎn)物經(jīng)無水乙醇和水洗涂后，離屯、得到固體，對(duì)所獲得到氮化銅材料進(jìn)行X光衍射圖 (圖8)，掃描電鏡（圖9)，從掃描電鏡可W看出此方法制備得到的氮化銅為2-10微米。
[0046] 實(shí)施例5 :
[0047] 與實(shí)施例1不同之處在于，反應(yīng)中所用的含銅化合物為硝酸銅，取硝酸銅0.5克， 與0.5克升華硫和4.0克氨基鋼放入20mL不誘鋼高壓蓋中，密封并置于電阻爐中，在 220°C下反應(yīng)30h，然后自然冷卻至室溫打開高壓蓋，將所得到產(chǎn)物經(jīng)過洗涂后，離屯、得到 固體，對(duì)所獲得到氮化銅材料進(jìn)行X光衍射圖（圖10)。
[0048] 實(shí)施例6:
[0049] 與實(shí)施例1不同之處在于，反應(yīng)中所用的含銅化合物為Ξ氧化二銅和氯化銅，取 0. 5克氯化銅，0. 5克Ξ氧化二銅，0. 5克升華硫和4.0克氨基鋼放入20mL不誘鋼高壓蓋 中，密封并置于電阻爐中，在220°C下反應(yīng)30h，然后自然冷卻至室溫打開高壓蓋，將所得 到產(chǎn)物經(jīng)過洗涂后，離屯、得到固體，對(duì)所獲得到氮化銅材料。
[0050] 實(shí)施例7-10與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于表1。 W51]表1:
[0052]
[0053] W上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完 全可W在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更W及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù) 性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種制備氮化銦納米材料的新方法，其特征在于：將含銦化合物、硫和氨基鈉加入 高壓釜中，加熱至190-400°C，反應(yīng)時(shí)間為10-40小時(shí)，將產(chǎn)物洗滌，分離和干燥，即獲得氮 化銦納米材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氮化銦納米材料的新方法，其特征在于：所述含銦 化合物、硫和氨基鈉的質(zhì)量比為1:0. 1-5:0. 25-10。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氮化銦納米材料的新方法，其特征在于：所述含銦 化合物選自氯化銦、硝酸銦、三氧化二銦或氫氧化銦中的一種或多種。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氮化銦納米材料的新方法，其特征在于：所述硫?yàn)?升華硫。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氮化銦納米材料的新方法，其特征在于：所述反應(yīng) 器是不銹鋼高壓釜。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氮化銦納米材料的新方法，其特征在于：所述合成 反應(yīng)的溫度為190_350°C。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氮化銦納米材料的新方法，其特征在于：所述反應(yīng) 時(shí)間為10-30小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料的合成方法及其應(yīng)用的領(lǐng)域，特別是一種制備氮化銦納米材料的新方法，將含銦化合物、硫和氨基鈉加入高壓釜中，加熱至190-400℃，反應(yīng)時(shí)間為10-40小時(shí)，將產(chǎn)物洗滌，離心和干燥，即獲得氮化銦納米材料。本發(fā)明采用在密閉系統(tǒng)中，在氨基鈉的調(diào)控下，將含銦化合物轉(zhuǎn)化為氮化銦納米材料，反應(yīng)溫度較現(xiàn)有技術(shù)低，反應(yīng)使用的原料來源廣泛且價(jià)格便宜，反應(yīng)過程簡(jiǎn)單易控，所得產(chǎn)物具有納米尺寸，產(chǎn)率為90％以上。
【IPC分類】B82Y40/00, C01B21/06
【公開號(hào)】CN105347317
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510917897
【發(fā)明人】王良彪, 劉維橋, 周全法
【申請(qǐng)人】江蘇理工學(xué)院
【公開日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年12月11日