專利名稱：一種具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法。
背景技術(shù)：
開(kāi)發(fā)利用寬禁帶半導(dǎo)體的較短波長(zhǎng)區(qū)已經(jīng)成為半導(dǎo)體、太陽(yáng)能電池、光電子學(xué)等未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。紫外光能夠運(yùn)用到高效LED，高密度光存儲(chǔ)和DNA分析(利用紫外激光器)，有效感應(yīng)的日盲檢測(cè)器等。寬帶隙半導(dǎo)體的紫外功能在透明裝置和電極方面也有潛在應(yīng)用價(jià)值。纖鋅礦結(jié)構(gòu)Zn (Cd)-VIA族二元化合物、Zn (Cd)-X-VIA族三元化合物(X=Mg、Al )、IIIA族-VA族二元化合物、IIIA族-VA族三元化合物具有禁帶寬等優(yōu)良特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法，由于纖鋅礦結(jié)構(gòu)具有寬禁帶、高量子轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn)，因此，本發(fā)明制備的納米材料將廣泛應(yīng)用于激光，傳感器，太陽(yáng)能電池，場(chǎng)發(fā)射顯示等器件。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法，所述具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)納米材料包含具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的納米顆粒、納米線、納米管和薄膜，其中，所述納米線或納米管的制備方法利用多孔模板為引導(dǎo)，結(jié)合自組裝方式制備納米線或納米管；所述薄膜的制備方法為采用磁控濺射、分子束外延、化學(xué)氣相沉積、激光濺射、電泳沉積制備；`所述納米管的制備方法為利用上述得到的納米線、納米管或薄膜經(jīng)過(guò)物理研磨而得。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。進(jìn)一步，所述纖鋅礦結(jié)構(gòu)納米材料為具有Zn/Cd-VIA族二元化合物、Zn-X-VIA族三元化合物、IIIA族-VA族二元化合物、IIIA族-VA族三元化合物的納米材料，其中X代表Mg或Al,其中，化合物中IIIA族元素為Al、Ga、In ；VA族元素為N、P、As ；VIA族元素為O、S、Se、Te。進(jìn)一步,所述多孔模板的厚度為IOOnm 1000 μ m,所述多孔模板分為無(wú)機(jī)多孔模板或有機(jī)多孔模板。進(jìn)一步，所述無(wú)機(jī)多孔模板為使用硫酸、磷酸或草酸在20V 200V電壓條件下陽(yáng)極氧化制備的多孔氧化鋁模板，所述有機(jī)多孔模板為徑跡蝕刻聚碳酸酯膜、徑跡蝕刻聚脂膜、聚甲基丙烯酸甲酯與聚苯乙烯制備的多孔有機(jī)薄膜、通過(guò)微加工技術(shù)制備的有機(jī)柔性透明多孔模板中的一種。進(jìn)一步，所述電壓為直流或交流電壓，所述微加工技術(shù)為電子束曝光或刻蝕。進(jìn)一步，所述徑跡蝕刻聚碳酸脂膜或徑跡蝕刻聚酯膜是利用核裂變碎片或重離子加速器對(duì)高分子薄膜(聚碳酸酯或聚酯)進(jìn)行轟擊，而后徑跡處的裂解分子被化學(xué)試劑的腐蝕形成與膜面垂直的孔道，孔徑范圍為IOnm 8 μ m。進(jìn)一步，所述聚甲基丙烯酸甲酯與聚苯乙烯制備的多孔有機(jī)薄膜，通過(guò)利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及聚苯乙烯(PS)不同的刻蝕速率，得到的多孔有機(jī)薄膜。進(jìn)一步，所述微加工技術(shù)制備的有機(jī)柔性透明多孔模板材料，在制備聚酯(PET)薄膜的基礎(chǔ)上，結(jié)合微加工掩膜工藝電子束刻蝕技術(shù)對(duì)PET薄膜進(jìn)行處理，最后用強(qiáng)氧化劑進(jìn)行腐蝕得到多孔聚酯薄膜，通過(guò)控制輻照劑量、腐蝕時(shí)間及溫度可以得到孔徑、孔密度分布、薄膜厚度可控的有機(jī)柔性透明多孔高分子薄膜材料。進(jìn)一步，所述自組裝方式為電化學(xué)沉積、原子層沉積、溶膠-凝膠法(Sol-Gel)、模板氣相沉積中的一種。進(jìn)一步，所述電化學(xué)沉積通過(guò)控制沉積電勢(shì)、沉積時(shí)間、沉積液配方和選擇不同的多孔模板，實(shí)現(xiàn)納米管或納米線的制備。

進(jìn)一步，所述溶膠-凝膠法是常見(jiàn)的制備金屬或金屬氧化物塊體、薄膜材料的基本方法，與多孔模板相結(jié)合，能得到金屬氧化物的納米管或納米線，通過(guò)后續(xù)氫氣還原處理即可得到金屬或合金的納米管或納米線。進(jìn)一步，所述模板氣相沉積是采用一般化學(xué)氣相沉積的方法，結(jié)合多孔模板技術(shù)，在多孔模板內(nèi)生長(zhǎng)出形貌由多孔模板控制的納米材料。進(jìn)一步，所述磁控濺射為在純凈的襯底上濺射一層緩沖層，通過(guò)濺射功率、濺射速率、氣壓實(shí)現(xiàn)薄膜的制備。進(jìn)一步，所述激光濺射為在純凈的襯底上濺射一層緩沖層，通過(guò)調(diào)節(jié)激光功率、氣壓，實(shí)現(xiàn)薄膜的制備。進(jìn)一步，所述分子束外延為在純凈的襯底上濺射一層緩沖層，通過(guò)調(diào)節(jié)功率、氣壓。進(jìn)一步，所述化學(xué)氣相沉積法為在純凈的襯底上沉積鉛鋅礦結(jié)構(gòu)化合物薄膜，通過(guò)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)溫度，實(shí)現(xiàn)薄膜的制備。進(jìn)一步，所述電泳沉積法為在純凈的襯底上沉積鉛鋅礦結(jié)構(gòu)化合物薄膜，通過(guò)調(diào)節(jié)沉積電壓、溶液濃度，實(shí)現(xiàn)薄膜的制備。所述Zn (Cd) -VIA族二元化合物納米線或納米管的制備舉例:所述ZnO的納米線或納米管的制備如下:配置Zn(NO3)2.6Η20與六次甲基四胺的配比為1:2，如Zn(NO3)2的溶液溶度為0.lmol/L，六次甲基四胺的濃度為0.2mol/L，加入絡(luò)合劑KOH溶液，配置KOH溶液溶度為0.lmol/L，使得溶液為堿性。將多孔模板放置在三極電化學(xué)裝置中，將總體三極電化學(xué)裝置放在水浴環(huán)境下，溫度設(shè)定為80°C，電壓取值為-0.8V,在多孔模板的引導(dǎo)下，沉積納米線，沉積時(shí)間為7.5小時(shí)。使得ZnO的納米線成分比為Zn:0為1:1。保持Zn (NO3) 2.6Η20與六次甲基四胺的配比為1: 2，進(jìn)行溶液稀釋，如Zn (NO3) 2的溶液溶度為0.05mol/L,六次甲基四胺的濃度為0.lmol/L,加入絡(luò)合劑KOH溶液，配置KOH溶液溶度為0.05mol/L，使得溶液為堿性。將多孔模板放置在三極電化學(xué)裝置中，將總體三極電化學(xué)裝置放在水浴環(huán)境下，溫度設(shè)定為80°C，電壓取值為-0.4V，降低沉積速度，在多孔模板的引導(dǎo)下，沉積納米管，沉積時(shí)間為5小時(shí)。使得ZnO的納米管成分比為Zn:0為1:1。所述CdO的納米線或納米管的制備如下:配置Cd(NO3)2.6Η20與六次甲基四胺的配比為1:1，如Cd(NO3)2的溶液溶度為0.lmol/L，六次甲基四胺的濃度為0.lmol/L，加入絡(luò)合劑KOH溶液，配置NaOH溶液溶度為0.lmol/L,使得溶液為堿性。將多孔模板放置在三極電化學(xué)裝置中，將總體三極電化學(xué)裝置放在水浴環(huán)境下，溫度設(shè)定為60°C，電壓取值為-1V，在多孔模板的引導(dǎo)下，沉積納米線，沉積時(shí)間為6小時(shí)。使得CdO的納米線成分比為Cd:0為1:1。保持Cd (NO3) 2.6H20與六次甲基四胺的配比為1:1，進(jìn)行溶液稀釋，如Zn (NO3) 2的溶液溶度為0.05mol/L，六次甲基四胺的濃度為0.05mol/L，加入絡(luò)合劑NaOH溶液，配置NaOH溶液溶度為0.05mol/L，使得溶液為堿性。將多孔模板放置在三極電化學(xué)裝置中，將總體三極電化學(xué)裝置放在水浴環(huán)境下，溫度設(shè)定為60°C，電壓取值為-0.5V，降低沉積速度，在多孔模板的引導(dǎo)下，沉積納米管，沉積時(shí)間為4小時(shí)。使得CdO的納米管成分比為Cd:0為1:1。所述ZnS的納米線或納米管的制備如下:將5mmol的乙酸鋅(Zn(AC2)2)溶解在20ml的去離子水中，放入一個(gè)容器中攪拌均勻，將1.2mlNH3.H2O與0.4mlCS2溶入20ml去離子水中，放入另外一個(gè)容器中攪拌均勻，將兩者放入一個(gè)裝有多孔模板的容器中，將容器中的溶液的溫度加熱至60°C，在60°C恒溫下反映30小時(shí)，自然冷卻至室溫，用無(wú)水乙醇和去離子水反復(fù)清洗。得到ZnS納米線，ZnS納米線成分比為Zn:S為1:1。將2.5mmol的乙酸鋅(Zn(AC2)2)溶解在20ml的去離子水中，放入一個(gè)容器中攪拌均勻，將0.6mlNH3.Η20與
0.3mlCS2溶入20ml去離子水中，放入另外一個(gè)容器中攪拌均勻，將兩者放入一個(gè)裝有多孔模板的容器中，將容器中的溶液的溫度加熱至60°C，在60°C恒溫下反映24小時(shí)，自然冷卻至室溫，用無(wú)水乙醇和去離子水反復(fù)清洗，得到ZnS納米線，ZnS納米線成分比為Zn:S為1:1。所述CdS的納米線或納米管的制備如下:將IOmmol的乙酸鎘(Cd(AC2)2)溶解在20ml的去離子水中，放入一個(gè)容器中攪拌均勻，將1.2mlNH3.H2O與0.4mlCS2溶入20ml去離子水中，放入另外一個(gè)容器中攪拌均勻，將兩者放入一個(gè)裝有多孔模板的容器中，將容器中的溶液的溫度加熱至60°C，在60°C恒溫下反應(yīng)30小時(shí)，自然冷卻至室溫，用無(wú)水乙醇和去離子水反復(fù)清洗，得到CdS納米線，CdS納米線成分比為Cd:S為1:1。將2.5mmol的乙酸鎘(Cd(AC2)2)溶解在20ml的去離子水中，放入一個(gè)容器中攪拌均勻，將0.6mlNH3.Η20與
0.3mlCS2溶入20ml去離子水中，放入另外一個(gè)容器中攪拌均勻，將兩者放入一個(gè)裝有多孔模板的容器中，將容器中的溶液的溫度加熱至60°C，在60°C恒溫下反映24小時(shí)，自然冷卻至室溫，用無(wú)水乙醇和去離子水反復(fù)清洗，得到CdS納米線，CdS納米線成分比為Cd:S為1:1。所述ZnSe的納米線或納米管的制備如下:將IOmmol的乙酸鋅(Zn(AC2)2)溶解在20ml的去離子水中，放入一個(gè)容器中攪拌均勻，將NaHSe溶入40ml去離子水中成為飽和溶液，放入另外一個(gè)容器中攪拌均勻，將兩者放入一個(gè)裝有多孔模板的容器中，將容器中的溶液的溫度加熱至40°C，在60°C恒溫下反映30小時(shí)，自然冷卻至室溫，用無(wú)水乙醇和去離子水反復(fù)清洗。得到ZnSe納米線，ZnSe納米線成分比為Zn:Se為1:1。將5mmol的乙酸鋅(Zn (AC2) 2)溶解在20ml的去離子水中，放入一個(gè)容器中攪拌均勻，將NaHSe溶入40ml去離子水中成為飽和溶液，放入另外一個(gè)容器中攪拌均勻，將兩者放入一個(gè)裝有多孔模板的容器中，將容器中的溶液的溫度加熱至40°C，在40°C恒溫下反映24小時(shí)，自然冷卻至室溫，用無(wú)水乙醇和去離子水反復(fù)清洗。得到ZnSe納米線 ，ZnSe納米線成分比為Zn:S為1:1。所述CdS的納米線或納米管的制備如下:將20mmol的乙酸鎘(Zn(AC2)2)溶解在20ml的去離子水中，放入一個(gè)容器中攪拌均勻,將,將NaHSe溶入40ml去離子水中成為飽和溶液，放入另外一個(gè)容器中攪拌均勻，將兩者放入一個(gè)裝有多孔模板的容器中，將容器中的溶液的溫度加熱至40°C,在40°C恒溫下反映30小時(shí)，自然冷卻至室溫,用無(wú)水乙醇和去離子水反復(fù)清洗。得到CdSe納米線,CdSe納米線成分比為Cd:Se為1:1。將2.5mmol的乙酸鎘(Cd(AC2)2)溶解在20ml的去離子水中，放入一個(gè)容器中攪拌均勻，將NaHSe溶入40ml去離子水中成為飽和溶液，放入另外一個(gè)容器中攪拌均勻，將兩者放入一個(gè)裝有多孔模板的容器中，將容器中的溶液的溫度加熱至40°C，在40V恒溫下反映24小時(shí)，自然冷卻至室溫，用無(wú)水乙醇和去離子水反復(fù)清洗。得到CdSe納米線，CdSe納米線成分比為Cd =Se為1:1。所述Zn (Cd) -X-VIA族三元化合物納米線或納米管的制備舉例:所述ZnAl2O4納米線和納米管的制備如下:配置Zn(NO3)2.6H20、A1 (NO3)3.9H20與六次甲基四胺的配比為1:2:2，加入絡(luò)合劑KOH溶液，以多孔模板為引導(dǎo)，沉積ZnAlO4納米線和納米管，成分比為Ζη:Α1:0為1:2:4。所述ZnMgO4納米線和納米管的制備如下:配置Zn (NO3) 2.6H20、Mg (NO3) 2.6H20與六次甲基四胺的配比為1:1:2，加入絡(luò)合劑KOH溶液，以多孔模板為引導(dǎo)，沉積ZnMgO4納米線和納米管，成分比為Zn:Mg:0為1:1:4。所述ZnAl2S4的納米線和納米管的制備如下:將乙酸鋅(Zn (AC2) 2)、乙酸鋁(Al (AC2)3)溶解在30ml的去離子水中，放入一個(gè)容器中攪拌均勻，將CS2溶入30ml去離子水中，放入另外一個(gè)容器中攪拌均勻，將兩者放入一個(gè)裝有多孔模板的容器中，將容器中的溶液的溫度加熱至60°C，保持恒溫，沉積ZnAl2S4的納米線和納米管，成分比為Zn:Al:S為1:2:4。所述ZnMgS4的納米線或納米管的制備如下:將乙酸鋅(Zn(AC2)2)、乙酸鎂(Mg(AC2)2)溶解在30ml的去離子水 中，放入一個(gè)容器中攪拌均勻，將CS2溶入30ml去離子水中，放入另外一個(gè)容器中攪拌均勻，將兩者放入一個(gè)裝有多孔模板的容器中，將容器中的溶液的溫度加熱至60°C，保持恒溫，沉積ZnMgS4的納米線或納米管，成分比為Zn:Mg:S為1:1:2。以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以以多孔模板為引導(dǎo)，沉積ZnAl2Se4、ZnAl2Te4, ZnMgSe4, ZnMgTe4, CdAl2O4, CdAl2S4, CdAl2Se4, CdAl2Te4, CdMgO2, CdMgS2, CdMgSe2,CdMgTe2的納米線或納米管。所述IIIA族-VA族二元化合物納米線或納米管制備舉例:所述GaN的納米線或納米管的制備如下:首先多孔模板放在酒精中超聲清洗Imin,然后用去離子水清洗,干燥后放在陶瓷舟中備用。將500mg Ga2O3粉末和154mg石墨粉末研磨混合均勻后放在一個(gè)兩端開(kāi)口的陶瓷舟中，將60mg金屬Ga粒放在混合物的表面。把裝有粉末混合物的陶瓷舟放入一根內(nèi)徑為30_的石英管的中部，載有襯底的陶瓷舟放置在其下游10 20cm處，再將此石英管緩慢平穩(wěn)的裝入管式爐中的石英管中部。封閉系統(tǒng)，先用機(jī)械泵將石英管內(nèi)抽成真空，然后通氬氣，再抽成真空，如此反復(fù)清洗3次，以排除系統(tǒng)內(nèi)的空氣。在50min內(nèi)使系統(tǒng)從室溫升至950°C ,同時(shí)通以65sccm的IS氣和65sccm的氨氣，氣壓控制在0.3個(gè)大氣壓。溫度達(dá)到950°C時(shí)，此時(shí)通130sccm的純氨氣，GaN納米線主要在此階段生長(zhǎng)，控制氣壓在0.5個(gè)大氣壓。保溫50min后，自然降溫，氣流仍為130sCCm的氨氣。降至100°C以下，取出小石英管，這就是所制備GaN納米線和納米管，成分比為Ga:N為 1:1。
以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以以多孔模板為引導(dǎo)，沉積AB納米線和納米管，其中 A=Al、Ga、In，B=N, P, As ;成分比為 1:1。所述IIIA族-VA族三元化合物納米線或納米管制備舉例:所述AlGaN的納米線或納米管的制備如下:首先多孔模板放在酒精中超聲清洗lmin，然后用去離子水清洗，干燥后放在陶瓷舟中備用。將500mgAl203粉末、500mg Ga2O3粉末和300mg石墨粉末研磨混合均勻后放在一個(gè)兩端開(kāi)口的陶瓷舟中，將27mg金屬Al、60mg金屬Ga粒放在混合物的表面。把裝有粉末混合物的陶瓷舟放入一根內(nèi)徑為30_的石英管的中部，載有襯底的陶瓷舟放置在其下游10 20cm處，再將此石英管緩慢平穩(wěn)的裝入管式爐中的石英管中部。封閉系統(tǒng)，先用機(jī)械泵將石英管內(nèi)抽成真空，然后通氬氣，再抽成真空，如此反復(fù)清洗3次，以排除系統(tǒng)內(nèi)的空氣。在50min內(nèi)使系統(tǒng)從室溫升至950°C，同時(shí)通以65sccm的IS氣和65sccm的氨氣,氣壓控制在0.3個(gè)大氣壓。溫度達(dá)到950°C時(shí),此時(shí)通130sCCm的純氨氣，AlGaN納米線主要在此階段生長(zhǎng)，控制氣壓在0.5個(gè)大氣壓。保溫50min后，自然降溫，氣流仍為130sCCm的氨氣。降至100°C以下，取出小石英管，得到所制備AlGaN納米線和納米管，成分比為Al: Ga: N為1:1:1。以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以以多孔模板為引導(dǎo)，沉積AlGaP、AlGaAs、AlInN、AllnP、AlInAs、GalnN、GalnP、GaInAs 的納米線或納米管。所述Zn (Cd) -VIA族二元化合物薄膜的制備舉例:所述磁控濺射是以Zn或ZnO為靶，在O2或Ar氣氛下，在電離離子的轟擊下將ZnO沉積到基片，使得薄膜材料的成分比為Zn:0為1:1。所述磁控濺射是以ZnS為靶，在純度為99.9%的Ar氣氛下，在電離離子的轟擊下將ZnS沉積到基片，使得薄膜材料的成分比為Zn:S為1:1。所述磁控濺射是以Zn、Se為靶實(shí)行共濺射，在純度為99.9%的Ar氣氛下，在電離離子的轟擊下將Zn、Se沉積到基片，使得薄膜材料的成分比為Zn =Se為1:1。所述磁控濺射是以Zn、Te為靶實(shí)行共濺射，在純度為99.9%的Ar氣氛下，在電離離子的轟擊下將Zn、Te沉積到基片，使得薄膜材料的成分比為Zn =Te為1:1。以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以磁控濺射沉積CdO、CdS、CdSe、CdTe，調(diào)節(jié)濺射功率、濺射速率、氣壓，使得成分比Cd:0為1:1，Cd:S為1:1，Cd:Se為1:1，Cd:Te為1:1。所述激光濺射中，以ZnO為靶，入射源采用KrF (248nm, 10Hz,30ns)，使得ZnO沉積在基片上，形成ZnO薄膜，成分比為Zn:0為1:1。所述激光濺射中，以ZnS為靶，入射源采用KrF(248nm，10Hz,30ns)，使得ZnS沉積在基片上，形成ZnS薄膜，成分比為Zn:S為1:1。所述激光濺射中，以Zn、Se為祀，入射源采用KrF(248nm，10Hz,30ns)，分為兩束作用在Zn、Se靶材上，使得靶材表面形成等離子氣體，使得Zn、Se沉積在基片上，形成ZnSe薄膜，成分比為Zn:Se為1:1。所述激光濺射中，以Zn、Te為祀，入射源采用KrF(248nm，10Hz,30ns)，分為兩束作用在Zn、Te靶材上，使得靶材表面形成等離子氣體，使得Zn、Te沉積在基片上，形成ZnTe薄膜，成分比為Zn:Te為1:1。
以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以以激光濺射沉積CdO、CdS、CdSe、CdTe，調(diào)節(jié)激光功率、氣壓，使得成分比Cd:0為1:1，Cd:S為l:l，Cd:Se為1:1，Cd:Te為1:1。所述分子束外延中，以純Zn為靶，以高純O2為O源，氣壓控制在mPa量級(jí)，使得ZnO沉積在基片上，形成ZnO薄膜，成分比為Zn:0為1:1。所述分子束外延中，以純Zn為靶，以高純S為靶材，使得ZnS沉積在基片上，形成ZnS薄膜，成分比為Zn:S為1:1。以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以以純Zn為靶，分別以Se，Te為靶材，得到ZnSe, ZnTe,也可以利用分子束外延沉積CdO、CdS、CdSe, CdTe。所述化學(xué)氣相沉積法，在O2的氛圍下，以Zn粉末為Zn源，加熱至660°C，保持該溫度30min,沉積ZnO薄膜,成分比為Zn:0為1:1。所述化學(xué)氣相沉積法，以Zn粉末為Zn源，以S粉末為S源，加熱至660°C，保持該溫度30min，沉積ZnS薄膜，成分比為Zn:S為1:1。以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以以Zn粉末為Zn源，分別以Se，Te為源，得到ZnSe，ZnTe,也可以利用化學(xué)氣相沉積法沉積CdO、CdS、CdSe, CdTe。所述電泳沉積法，以Au為電極，Si片為沉積電極，將純度為99.9%的ZnO放入95%的乙醇中，滴入NaOH為電解質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，在經(jīng)過(guò)30min的超聲儀超聲，放入石英電爐，通過(guò)1000°C的退火，得到ZnO薄膜，成分比為Zn:0為1:1。以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以將純度為99.9%的ZnS、ZnSe, ZnTe粉末放入95%的乙醇中，通過(guò)調(diào)節(jié)電泳沉積電壓、溶液濃度沉積ZnS、ZnSe, ZnTe薄膜，也可以利用電泳沉積法沉積CdO、CdS、CdSe> CdTe。

所述Zn (Cd) -VIA族三元化合物薄膜的制備舉例:所述磁控濺射是以Ζη0、Α1203為革巴，在O2或Ar氣氛下，在電離離子的轟擊下將ZnO或Al2O3沉積到基片，使得薄膜材料的成分比為Ζη:Α1:0為1:2:4。所述磁控濺射是以ZnS、Al2S3為靶，在Ar氣氛下，在電離離子的轟擊下將ZnS、Al2S3沉積到基片，使得薄膜材料的成分比為Zn:Al:S為1:2:4。所述磁控濺射是以Zn0、Mg0為靶，在O2或Ar氣氛下，在電離離子的轟擊下將ZnO、MgO沉積到基片，使得薄膜材料的成分比為Zn:Mg: O為1: 1:2。所述磁控派射是以ZnS、MgS為祀,在Ar氣氛下,在電離離子的轟擊下將ZnS、MgS沉積到基片，使得薄膜材料的成分比為Zn:Mg: S為1: 1:2。所述磁控濺射是以Zn、Al、Se (Te)為靶，在Ar氣氛下，在電離離子的轟擊下將Zn、Al.Se (Te)沉積到基片，使得薄膜材料的成分比為Zn:Al:Se (Te)為1:2:4。所述磁控濺射是以Zn、Mg、Se (Te)為靶，在Ar氣氛下，在電離離子的轟擊下將Zn、Mg, Se (Te)沉積到基片，使得薄膜材料的成分比為Zn:Mg:Se (Te)為1:1:2。以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以運(yùn)用磁控濺射沉積CdAl203、CdAl2S3^CdAl2Se3' CdAl2Te3' CdMgO2, CdMgS2, CdMgSe2, CdMgTe2。所述激光濺射中，以ZnO、Al2O3為祀，入射源一般采用KrF(248nm，10Hz,30ns)，使得ZnO、Al2O3沉積在基片上，形成ZnO薄膜，成分比為Zn: Al: O為1:2: 4。所述激光濺射中，以ZnS、Al2S3為祀，入射源一般采用KrF(248nm，10Hz,30ns)，使得ZnS、Al2S3沉積在基片上，形成ZnS薄膜，成分比為Zn:Al: S為1:2:4。
所述激光濺射中，以Zn、Al、Se (Te)為靶，入射源一般采用KrF(248nm，IOHz,30ns)JfZn、Al、Se (Te)沉積到基片，使得薄膜材料的成分比為Ζη:Α1:Se (Te)為1:2:4。以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以運(yùn)用激光濺射沉積ZnMg02、ZnMgS2,ZnMgSe2, ZnMgTe2, CdAl2O3' CdAl2S3、CdAl2Se3、CdAl2Te3、CdMgO2, CdMgS2, CdMgSe2, CdMgTe2。所述分子束外延，以Ζη、Α1靶材，純O2為O源，沉積ZnAl2O4薄膜，成分比為Ζη:Α1:0為 1:2:4。所述分子束外延，以Zn、Mg靶材，純O2為O源，沉積ZnAl2O4薄膜，成分比為Zn:Mg: S為 1:1:2。以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以運(yùn)用分子束外延沉積ZnAl2S4、ZnMgS2,ZnMgSe2, ZnMgTe2, CdAl2O3' CdAl2S3、CdAl2Se3、CdAl2Te3、CdMgO2, CdMgS2, CdMgSe2, CdMgTe2。 所述化學(xué)氣相沉積法在O2的環(huán)境下，以Zn、Al粉末為源，加熱至660°C，保持該溫度60min,沉積ZnAl2O4薄膜,成分比為Ζη:Α1:0為1:2:4。所述化學(xué)氣相沉積法在O2的環(huán)境下，以Zn、Mgl粉末為源，加熱至660攝氏度，保持該溫度60min,沉積ZnMgO2薄膜,成分比為Zn:Mg:0為1:1:2。以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以運(yùn)用化學(xué)氣相沉積法沉積ZnAl2S4、ZnMgS2, ZnMgSe2, ZnMgTe2, CdAl203、CdAl2S3、CdAl2Se3、CdAl2Te3、CdMgO2, CdMgS2, CdMgSe2,CdMgTe2。所述電泳沉積法，以Au為電極，Si片為沉積電極，將純度為99.9%Zn0、Al2O3放入95%的乙醇中，滴入NaOH為電解質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，在經(jīng)過(guò)30min的超聲儀超聲，放入石英電爐，通過(guò)1000攝氏度的退火，得到ZnAl2O4薄膜。成分比為Ζη:Α1:0為1:2:4。所述電泳沉積法，以Au為電極，Si片為沉積電極，將純度為99.9%Zn0、MgO放入95%的乙醇中，滴入NaOH為電解質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，在經(jīng)過(guò)30min的超聲儀超聲，放入石英電爐，通過(guò)1000攝氏度的退火，得到ZnMgO2薄膜。成分比為Ζη:Α1:0為1:2:4。以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以運(yùn)用電泳沉積法沉積ZnAl2S4、ZnMgS2,ZnMgSe2, ZnMgTe2, CdAl2O3' CdAl2S3、CdAl2Se3、CdAl2Te3、CdMgO2, CdMgS2, CdMgSe2, CdMgTe2。所述IIIA族-VA族二元化合物薄膜制備舉例:所述磁控濺射是在純凈的Si (110)基底上濺射SiC緩沖層，濺射時(shí)間為5min ;在SiC中間層上濺射Ga2O3薄膜，純度為99.999%的Ga2O3,作為濺射的靶極，純凈的Si (111)作為基底，濺射時(shí)的靶基距為8cm。濺射功率150W，濺射時(shí)間為90min，得到厚度約為500nm的Ga2O3薄膜；Ga203薄膜與NH3進(jìn)行反應(yīng)，自組裝形成GaN薄膜。成分比為Ga:N為1:1。以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以通過(guò)磁控濺射沉積AIN、A1P、AlAs, GaP,GaAsλ InN、InP、InAs0所述激光濺射中，以Ga2O3為靶，入射源一般采用KrF(248nm，10Hz,30ns)，使得Ga2O3沉積在基片上的緩沖層，通入NH3,反映生成GaN薄膜，成分比為Ga:N為1:1。以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以通過(guò)激光濺射沉積AIN、A1P、AlAs, GaP,GaAs> InN、InP、InAs0所述分子束外延是純Ga靶材，以純氮?dú)鉃榈?，是溫度?00攝氏度，沉積得到GaN薄膜。成分比為Ga:N為1:1。以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以通過(guò)分子束外延沉積AIN、A1P、AlAs,GaPλ GaAsλ InN、InP、InAs0所述化學(xué)氣相沉積法在有機(jī)氨的環(huán)境下，以Ga粉末為源，加熱至1000攝氏度，保持該溫度120min，沉積GaN薄膜，成分比為Ga: N為1:1。以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以通過(guò)化學(xué)氣相沉積法沉積AIN、A1P、AlAs、GaPλ GaAsΛ InN、InP、InAs0所述電泳沉積法，以Au為電極，Si片為沉積電極，將純度為99.9%GaN放入95%的乙醇中，滴入HN03為電解質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，在經(jīng)過(guò)30min的超聲儀超聲，放入石英電爐，通過(guò)1000攝氏度的退火，得到GaN薄膜。成分比為Ga:N為1:1。以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以通過(guò)電泳沉積法沉積AIN、A1P、AlAs,GaPλ GaAsλ InN、InP、InAs0所述IIIA族-VA族三元化合物薄膜制備舉例:所述分子束外延是純Ga、Al靶材，以純氮?dú)鉃榈矗菧囟仍?00攝氏度，沉積得到AlGaN薄膜。成分比為Al:Ga:N為1:1:1。以上舉例僅為部分實(shí)施例，本發(fā)明還可以以分子束外延沉積AlGaP、AlGaAs、AlInN、AllnP、AlInAs、GalnN、GalnP、GaInAs 薄膜。所述化學(xué)氣相沉積法用純Ga、Al粉末和純NH3 (99.999 % )分別作Ga源、Al源和N源，用H2作反應(yīng)氣體兼載體，N2充當(dāng)保護(hù)氣體。生長(zhǎng)前，待爐溫升至恒溫后，把Si片，Al源和Ga源送入反應(yīng)室。生長(zhǎng)時(shí)，首先通20min的N2以趕走駐留在擴(kuò)散爐中的02和其他雜質(zhì)氣體。然后關(guān)掉N2:通入反應(yīng)氣體(NH3、H2)，待達(dá)到預(yù)定的2h反應(yīng)時(shí)間，關(guān)掉反應(yīng)氣體，通20min的N2以排空擴(kuò)散爐中的反應(yīng)氣體。最后取出樣品得到纖鋅礦結(jié)構(gòu)AlGaN薄膜。成分比為Al:Ga:N為1:1:1。`以上舉例僅為部分實(shí)施例，以化學(xué)氣相沉積法沉積AlGaP、AlGaAs, AlInN、AllnP、AlInAs、GalnN、GalnP、GaInAs 薄膜。所述電泳沉積法，以Au為電極，Si片為沉積電極，將純度為99.9%GaN、AlN放入95%的乙醇中，滴入HN03為電解質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，在經(jīng)過(guò)30min的超聲儀超聲，放入石英電爐，通過(guò)1000攝氏度的退火，得到AlGaN薄膜。成分比為Al:Ga:N為1:1:1。以上舉例僅為部分實(shí)施例，以電泳沉積法沉積AlGaP、AlGaAs、Al InN、Al InP、AlInAs、GalnN、GalnP、GaInAs 薄膜。所述Zn (Cd) -VIA族二元化合物、Zn (Cd) -X-VIA族三元化合物、IIIA族-VA族二元化合物IIIA族-VA族三元化合物納米顆粒通過(guò)上述得到的納米線、納米管或薄膜經(jīng)過(guò)物理研磨方式得到。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供一種具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法，由于纖鋅礦結(jié)構(gòu)具有寬禁帶、高量子轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn)，因此，本發(fā)明制備的納米材料將廣泛應(yīng)用于激光，傳感器，太陽(yáng)能電池，場(chǎng)發(fā)射顯示等器件。


圖1為本發(fā)明納米線的制備示意圖；圖2為本發(fā)明納米管的制備示意圖3為本發(fā)明薄膜的制備示意圖(箭頭方向?yàn)樵映练e方向)；
具體實(shí)施例方式以下對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1結(jié)合圖1與圖2，以自組裝方式沉積纖鋅礦結(jié)構(gòu)ZnO納米線/納米管為實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本范明。將適量濃度為25%的濃氨水加入IOOmL的ZnCl2 (0.1M)溶液中，調(diào)整溶液的pH值到10.0,作為反應(yīng)溶液。將多孔模浸入反應(yīng)溶液,裝入反應(yīng)爸密封后置于溫度為95°C的恒溫箱。反應(yīng)2.5小時(shí)后，將襯底取出洗凈風(fēng)干。若為無(wú)機(jī)氧化鋁模板，則放入NaOH中浸入4 6小時(shí)，得到纖鋅礦結(jié)構(gòu)ZnO納米線/納米管。若為有機(jī)模板，則放入丙酮中浸入10 12小時(shí)，得到纖鋅礦結(jié)構(gòu)ZnO納米線/納米管。實(shí)施例2結(jié)合圖3，以分子束外延沉積纖鋅礦結(jié)構(gòu)ZnMgO薄膜為實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本范明。用固體Zn和Mg元素在O2氣氛下射頻(RF) 13.56MHz生成的。清洗過(guò)程完成后，以藍(lán)寶石被用來(lái)作為基底。ZnO 緩沖層在390°C下生長(zhǎng)，然后再740°C下退火來(lái)提高其結(jié)晶度。然后，MgO/ZnO短周期超晶格結(jié)構(gòu)作為準(zhǔn)三元合金在490°C下生長(zhǎng)成。在生長(zhǎng)過(guò)程當(dāng)中，O2氣流量和射頻RF功率分別為0.30sccm和400W。Zn離子束壓強(qiáng)固定在2 X 10_6Torr，而Mg離子束壓強(qiáng)在(1- 5) X KT7Torr的氛圍內(nèi)。得到纖鋅礦結(jié)構(gòu)ZnMgO薄膜。實(shí)施例3結(jié)合圖3，以磁控濺射沉積纖鋅礦結(jié)構(gòu)GaN薄膜為實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本范明。在純凈的Si (110)基底上濺射SiC緩沖層，濺射時(shí)間為5min ;在SiC中間層上濺射Ga2O3薄膜，純度為99.999%的Ga2O3,作為濺射的靶極，純凈的Si (111)作為基底，濺射時(shí)的靶基距為8cm。濺射功率150W，濺射時(shí)間為90min，得到厚度約為500nm的Ga2O3薄膜；Ga2O3薄膜與NH3進(jìn)行反應(yīng)，自組裝形成GaN薄膜，表面的Ga2O3薄膜和NH3發(fā)生化學(xué)反應(yīng):Ga203+2NH3=2GaN+3H20,得到纖鋅礦結(jié)構(gòu)GaN薄膜。實(shí)施例4以化學(xué)氣相法沉積鋅礦結(jié)構(gòu)AlGaN薄膜為實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本范明。用純Ga、Al粉末和純NH3 (99.999% )分別作Ga源、Al源和N源，用H2作反應(yīng)氣體兼載體，N2充當(dāng)保護(hù)氣體。生長(zhǎng)前，待爐溫升至恒溫后，把Si片，Al源和Ga源送入反應(yīng)室。生長(zhǎng)時(shí)，首先通20!1^11的N2以趕走駐留在擴(kuò)散爐中的O2和其他雜質(zhì)氣體。然后關(guān)掉N2:通入反應(yīng)氣體(NH3、H2)，待達(dá)到預(yù)定的2h反應(yīng)時(shí)間，關(guān)掉反應(yīng)氣體，通20min的N2以排空擴(kuò)散爐中的反應(yīng)氣體。最后取出樣品得到纖鋅礦結(jié)構(gòu)AlGaN薄膜。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法，其特征在于，所述具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)納米材料包含具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的納米顆粒、納米線、納米管和薄膜，其中， 所述納米線或納米管的制備方法利用多孔模板為引導(dǎo)，結(jié)合化學(xué)自組裝方式制備納米線或納米管； 所述薄膜的制備方法為采用磁控濺射、分子束外延、化學(xué)氣相沉積、激光濺射、電泳沉積制備； 所述納米管的制備方法為利用上述得到的納米線、納米管或薄膜經(jīng)過(guò)物理研磨而得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述纖鋅礦結(jié)構(gòu)納米材料為具有Zn/Cd-VIA族二元化合物、Zn-X-VIA族三元化合物、IIIA族-VA族二元化合物、IIIA族-VA族三元化合物的納米材料，其中X代表Mg或Al，其中，化合物中IIIA族元素為Al、Ga、In ；VA族元素為N、P、As ;VIA族元素為O、S、Se、Te。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述多孔模板的厚度為IOOnm 1000 μ m，所述多孔模板分為無(wú)機(jī)多孔模板或有機(jī)多孔模板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述無(wú)機(jī)多孔模板為使用硫酸、磷酸或草酸在20V 200V電壓條件下陽(yáng)極氧化制備的多孔氧化鋁模板，所述有機(jī)多孔模板為徑跡蝕刻聚碳酸酯膜、徑跡蝕刻聚脂膜、聚甲基丙烯酸甲酯與聚苯乙烯制備的多孔有機(jī)薄膜、通過(guò)微加工技術(shù)制備的有機(jī)柔性透明多孔模板材料中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述電壓為直流或交流電壓，所述微加工技術(shù)為電子束曝光或刻蝕。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述 的制備方法，其特征在于，所述化學(xué)自組裝方式為電化學(xué)沉積、原子層沉積、溶膠-凝膠法、模板氣相沉積中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述電化學(xué)沉積通過(guò)控制沉積電勢(shì)、沉積時(shí)間、沉積液配方和選擇不同的多孔模板，實(shí)現(xiàn)納米管或納米線的制備；所述溶膠-凝膠法與多孔模板相結(jié)合，能得到金屬氧化物的納米管或納米線，通過(guò)后續(xù)氫氣還原處理即可得到金屬或合金的納米管或納米線；所述模板氣相沉積結(jié)合多孔模板技術(shù)，在多孔模板內(nèi)生長(zhǎng)出形貌由多孔模板控制的納米材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述磁控濺射為在純凈的襯底上濺射一層緩沖層，通過(guò)調(diào)節(jié)濺射功率、濺射速率、氣壓，實(shí)現(xiàn)薄膜的制備；所述激光濺射為在純凈的襯底上濺射一層緩沖層，通過(guò)調(diào)節(jié)激光功率、氣壓，實(shí)現(xiàn)薄膜的制備；所述分子束外延為在純凈的襯底上濺射一層緩沖層，通過(guò)調(diào)節(jié)功率、氣壓，實(shí)現(xiàn)薄膜的制備；化學(xué)氣相沉積法為在純凈的襯底上沉積鉛鋅礦結(jié)構(gòu)化合物薄膜，通過(guò)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)溫度，實(shí)現(xiàn)薄膜的制備；電泳沉積法為在純凈的襯底上沉積鉛鋅礦結(jié)構(gòu)化合物薄膜，通過(guò)調(diào)節(jié)沉積電壓、溶液濃度，實(shí)現(xiàn)薄膜的制備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法，通過(guò)多孔膜板與化學(xué)自組裝方式相結(jié)合、磁控濺射、分子束外延、化學(xué)氣相沉積、激光濺射、電泳沉積和物理研磨的方式制備具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)Zn/Cd-VIA族二元化合物、Zn-X-VIA族三元化合物、IIIA族-VA族二元化合物、IIIA族-VA族三元化合物的納米線、納米管、薄膜、納米顆粒，由于纖鋅礦結(jié)構(gòu)具有寬禁帶、高量子轉(zhuǎn)換效率等有點(diǎn)，將廣泛應(yīng)用于激光，傳感器，太陽(yáng)能電池，場(chǎng)發(fā)射顯示等器件。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK103204537SQ20131004795
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者劉盼, 班士良, 屈媛, 劉小林, 蔣丹丹 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古大學(xué)