專利名稱：一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性功能復(fù)合納米材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性功能復(fù)合納米材料及其制備方法，屬于無(wú)機(jī)納米材 料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
一維無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米材料由于形狀的各向異性、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)以及介電限域 效應(yīng)，具有不同于納米顆粒的新特性，在各種傳感器、微工具、微電極、器件集成連接線以 及下一代的顯示器件等具有極其重要的地位。2001年，用半導(dǎo)體納米線制作的納米電路被 《科學(xué)》雜志(SCIENCE. 2003, 291, 1941.)認(rèn)為是一重大突破。2006年，王中林報(bào)道了一 種納米發(fā)電機(jī)(SCIENCE, 2006, 312, 242.)。將原子力顯微鏡探針與Zn0陣列接觸，使納 米線彎曲，由于Zn0納米線的壓電與半導(dǎo)體性質(zhì)的耦合性產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)與電荷分布，有金屬 膜的探針與納米線形成Schottky勢(shì)壘，從而產(chǎn)生電流。這一發(fā)現(xiàn)將使許多納米器件自身 能夠提供動(dòng)力，而不需要電池，將使光、電、生物傳感器等相關(guān)器件集成的納米系統(tǒng)尺寸大 大縮小。
作為一種典型的光電半導(dǎo)體材料，納米硫化鎘具有較窄的禁帶寬度(Eg = 2.5 ev)，對(duì) 可見(jiàn)光敏感，在光吸收、光致發(fā)光、光電轉(zhuǎn)換、非線性光學(xué)、光催化、生物標(biāo)記和傳感器等 方面有著誘人的應(yīng)用前景。研究一維半導(dǎo)體CdS納米材料在光、電功能方面的特性，以及利 用各種方法對(duì)CdS納米材料表面進(jìn)行修飾改性、功能組裝等，使之在應(yīng)用中具有更加優(yōu)良的 性能，成為目前功能化硫化鎘納米材料合成技術(shù)研究的熱點(diǎn)。 一維半導(dǎo)體CdS納米結(jié)構(gòu)被廣 泛用于制備非常靈敏的器件，但是整個(gè)器件制作過(guò)程繁瑣、成功率低，而且需要涉及價(jià)格昂 貴的大型設(shè)備，比如利用光刻技術(shù)制備電極、利用聚焦粒子束進(jìn)行微焊接等等。更重要的問(wèn) 題是，在納米器件制備過(guò)程中，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)單根一維CdS納米結(jié)構(gòu)的方向及其位置的精確控 制。因此我們預(yù)期，通過(guò)對(duì)一維半導(dǎo)體CdS納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行磁性修飾，從而可以利用磁場(chǎng)對(duì)其 方向和位置方便地進(jìn)行操縱，可以解決納米材料難以回收等難題，在實(shí)際應(yīng)用方面具有特別 重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種分步制備一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性功能復(fù)合納米 材料的方法。
一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性復(fù)合納米材料的制備方法，包括均一 CdS納米線的制備以及CdS
納米線與Ni納米顆粒的異質(zhì)組裝，步驟如下
(1) 制備尺度均一CdS納米線
稱取0. 4 g CdCl2 2. 5H20和0. 8 g銅試劑分別溶于20 mL水中，二者混合均勻，室溫 下攪拌10-30分鐘，過(guò)濾收集得到白色產(chǎn)物，白色產(chǎn)物室溫水洗三次后，置于電熱恒溫加熱 箱中7(TC千燥10-15小時(shí)。取上述所得樣品lg置于裝有45 mL乙二胺的內(nèi)襯聚四氟乙烯的 不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，封閉擰緊反應(yīng)釜，在100'C 300'C恒溫條件下反應(yīng)24 72h，反應(yīng)完畢 后，自然冷卻至室溫，將所得產(chǎn)物室溫下分別水洗、醇洗兩次，然后離心分離并在7(TC干 燥10-15小時(shí)，即獲得尺度均一CdS納米線。
(2) CdS納米線與Ni納米顆粒的異質(zhì)組裝制備一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性復(fù)合納米材料 取O. 03g歩驟(1)制備的均一CdS納米線、(0. 062 g 0. 124 g) NiCl2 6H20、 (0.24
g 0. 64 g) N2H4 H20和lmol/L的NaOH溶液置于裝有45 mL乙二醇/蒸餾水混合溶劑的內(nèi) 襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，室溫下攪拌10-30分鐘，封閉擰緊反應(yīng)釜，在60°C 180°C 條件下恒溫反應(yīng)5 30h，反應(yīng)完畢后，自然冷卻至室溫，將所得產(chǎn)物室溫下分別水洗、醇 洗兩次，然后離心分離并在7(TC干燥10-15小時(shí)，即獲得一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性復(fù)合納 米材料，所述的乙二醇和蒸餾水的體積比為5: 1。步驟(1)和(2)中所述的恒溫反應(yīng)是 將反應(yīng)釜置于能精確控溫的烘箱內(nèi)。
本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)易控，重復(fù)性好；所得產(chǎn)物物相純，半導(dǎo)體CdS納米 線的平均直徑約為35納米，長(zhǎng)度約幾個(gè)微米，磁性Ni顆粒平均直徑為50納米。
產(chǎn)物的物相通過(guò)X光衍射譜(XRD)測(cè)試，采用B r u k e r D 8 X-射線衍射儀以 Cu-Ka射線(波長(zhǎng)A = 1.54178 A)為衍射光源對(duì)產(chǎn)物作X光衍射分析。
圖la為20(TC恒溫條件下反應(yīng)50h制備的硫化鎘納米線X光衍射譜。其中尖峰可以指 標(biāo)為六方(hcp)硫化鎘的衍射峰，其晶格常數(shù)a二4. 1319人，非常接近于標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDS卡 片號(hào)no. 65-3414)所報(bào)道的數(shù)值a = 4.132人，較強(qiáng)的衍射峰表明所制備的CdS納米線的 結(jié)晶性較好。圖lb為NiCl2 6H20取0. 093 g， N2H4 H20取0. 48 g時(shí)并在160。C恒溫條件 下反應(yīng)30h得到的部分包覆Ni納米顆粒的一維CdS-Ni復(fù)合納米材料的XRD衍射花樣，其中 (111)、 (200)、 (220)處的衍射峰可以指標(biāo)為面心立方(fcc)的Ni，其中(200)處的衍射峰其 2 6 = 51.847°與六方硫化鎘2 0 = 51. 881°處的峰重合。
產(chǎn)物的形貌通過(guò)透射電子顯微鏡照片(TEM)顯示，采用Hitachi model H-700透射電鏡， 加速電壓為100 kV。
圖2a為CdS納米線的全景TEM照片，從圖中可以看出產(chǎn)物是由直徑30 40納米、長(zhǎng) 度幾百個(gè)微米的均一納米線組成的。從圖2b可以看出在CdS納米線的表面不完全地包覆了 一層鎳納米顆粒，顆粒直徑約為50納米，通過(guò)觀察沒(méi)有發(fā)現(xiàn)游離鎳納米粒子的存在。
從產(chǎn)物經(jīng)外部磁場(chǎng)作用后的TEM照片圖3可見(jiàn)，我們可以方便地利用磁場(chǎng)對(duì)其方向和排
列位置進(jìn)行操縱。
本發(fā)明通過(guò)將不同功能特性的半導(dǎo)體CdS和磁性Ni納米結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行異質(zhì)復(fù)合，可以 利用磁場(chǎng)方便地對(duì)半導(dǎo)體CdS納米線進(jìn)行操縱，可以解決實(shí)際應(yīng)用中納米材料難以回收等難 題，為發(fā)展新型的高效能微電子器件奠定了基礎(chǔ)，在生物醫(yī)學(xué)、電子、環(huán)保等領(lǐng)域有重要用 途。


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圖1是CdS納米線以及一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性功能復(fù)合納米材料的X光衍射譜(XRD)。 圖2是典型CdS納米線和一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性復(fù)合納米材料的透射電子顯微鏡照 片(TEM)。
圖3是一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性復(fù)合納米材料經(jīng)外部磁場(chǎng)作用后的透射電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施方式
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下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但不限于此。
實(shí)施例1:上述一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性復(fù)合納米材料的制備方法，主要包括均一 CdS 納米線的制備以及在此基礎(chǔ)上CdS納米線與Ni納米顆粒的異質(zhì)組裝，具體制備的工藝步驟 如下
(1) 稱取0. 4 g CdCl2 2. 5H20和0. 8 g銅試劑分別溶于20 mL水中，二者混合均勻， 室溫下攪拌10分鐘，過(guò)濾收集得到白色產(chǎn)物，白色產(chǎn)物室溫水洗三次后，置于電熱恒溫加 熱箱中7(TC干燥10小時(shí)。取上述所得樣品lg置于裝有45 mL乙二胺的內(nèi)襯聚四氟乙烯的 不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，封閉擰緊反應(yīng)釜，在200'C恒溫條件下反應(yīng)50h，反應(yīng)完畢后，自然冷卻 至室溫，將所得產(chǎn)物室溫下分別水洗、醇洗兩次，然后離心分離并在7(TC干燥10小時(shí)，即 獲得尺度均一CdS納米線。
(2) 制備一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性復(fù)合納米材料
取0. 03 g步驟(1)制備的均一 CdS納米線、0. 093 g NiCl2 6H20、 0. 48 g N2H4 H20 和lmol/L的Na0H溶液均勻分散于裝有45 mL乙二醇/蒸餾水混合溶劑的內(nèi)襯聚四氟乙烯的 不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，室溫下攪拌10分鐘，封閉擰緊反應(yīng)釜，在160'C條件下恒溫反應(yīng)30h，反 應(yīng)完畢后，自然冷卻至室溫，將所得產(chǎn)物室溫下分別水洗、醇洗兩次，然后離心分離并在 7(TC干燥10小時(shí)，即獲得一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性復(fù)合納米材料，所述的乙二醇和蒸餾水 的體積比為5: 1。
實(shí)施例2:
制備步驟同實(shí)例l,不同之處是制備CdS納米線在15(TC條件下恒溫反應(yīng)30h。 實(shí)施例3:
制備步驟同實(shí)例l，不同之處是制備CdS納米線在250'C條件下恒溫反應(yīng)30h。
實(shí)施例4:
制備步驟同實(shí)例1，不同之處是取0. 062 g隨2 6H20、 0. 24 g N2H4 H20均勻分散 于乙二醇/蒸餾水混合溶劑。 實(shí)施例5:
制備步驟同實(shí)例1，不同之處是取0. 124 g NiCl2 6H20、 0. 64 g N2H4 H20均勻分散 于乙二醇/蒸餾水混合溶劑。 實(shí)施例6:
制備步驟同實(shí)例l，不同之處是制備一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性復(fù)合納米材料在6(TC條 件下恒溫反應(yīng)30h。 實(shí)施例7:
制備步驟同實(shí)例1，不同之處是制備一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性復(fù)合納米材料在IO(TC 條件下恒溫反應(yīng)30h。 實(shí)施例8:
制備步驟同實(shí)例1，不同之處是制備一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性復(fù)合納米材料在140°C 條件下恒溫反應(yīng)30h。
權(quán)利要求
1、一種一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性復(fù)合納米材料的制備方法，主要包括均一CdS納米線的制備以及CdS納米線與Ni納米顆粒的異質(zhì)組裝，具體制備的工藝步驟如下(1)制備尺度均一CdS納米線稱取0.4g CdCl2·2.5H2O和0.8g銅試劑分別溶于20 mL水中，二者混合均勻，室溫下攪拌10-30分鐘，過(guò)濾收集得到白色產(chǎn)物，白色產(chǎn)物室溫水洗三次后，置于電熱恒溫加熱箱中70℃干燥10-15小時(shí)。取上述所得樣品1g置于裝有45mL乙二胺的內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，封閉擰緊反應(yīng)釜，在100℃～300℃恒溫條件下反應(yīng)24～72h，反應(yīng)完畢后，自然冷卻至室溫，將所得產(chǎn)物室溫下分別水洗、醇洗兩次，然后離心分離并在70℃干燥10-15小時(shí)，即獲得尺度均一CdS納米線；(2)CdS納米線與Ni納米顆粒的異質(zhì)組裝制備一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性復(fù)合納米材料取0.03 g步驟(1)制備的均一CdS納米線、(0.062g～0.124g)NiCl2·6H2O、(0.24g～0.64g)N2H4·H2O和1mol/L的NaOH溶液置于裝有45mL乙二醇/蒸餾水混合溶劑的內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，室溫下攪拌10-30分鐘，封閉擰緊反應(yīng)釜，在60℃～180℃條件下恒溫反應(yīng)5～30h，反應(yīng)完畢后，自然冷卻至室溫，將所得產(chǎn)物室溫下分別水洗、醇洗兩次，然后離心分離并在70℃干燥10-15小時(shí)，即獲得一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性復(fù)合納米材料，所述的乙二醇和蒸餾水的體積比為5∶1。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性復(fù)合納米材料的制備方法，其特 征在于，所述步驟(1)和(2)中所述的恒溫反應(yīng)是將反應(yīng)釜置于能精確控溫的烘箱內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性功能復(fù)合納米材料及其制備方法，屬于無(wú)機(jī)納米材料制備領(lǐng)域。-維CdS-Ni半導(dǎo)體-磁性復(fù)合納米材料的制備方法，主要包括均一CdS納米線的制備以及在此基礎(chǔ)上CdS納米線與Ni納米顆粒的異質(zhì)組裝。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)易控，重復(fù)性好；所得產(chǎn)物物相純，半導(dǎo)體CdS納米線的平均直徑約為35納米，長(zhǎng)度約幾個(gè)微米，磁性Ni顆粒平均直徑為50納米。通過(guò)對(duì)一維半導(dǎo)體CdS納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行磁性修飾，從而可以利用磁場(chǎng)對(duì)其方向和位置方便地進(jìn)行操縱，可以解決納米材料難以回收等難題。
文檔編號(hào)C22C1/04GK101168804SQ200710114838
公開(kāi)日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者占金華, 敏 楊, 樂(lè) 王 申請(qǐng)人:山東大學(xué)