[發明專利]一種催化劑輔助真空熱蒸發生長CdS納米棒的方法

無效

• 申請號: 200810072976.4
• 申請日: 2008-10-23
• 公開（公告）號: CN101397149A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發明（設計）人: 簡基康;鄒華;吳榮;孫言飛;鄭毓峰
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: C01G11/02
• 分類號: C01G11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于納米結構生長領域，具體涉及一種催化劑輔助真空熱蒸發生長微觀形貌為納米棒CdS的方法。

背景技術

CdS屬于II-VI族半導體材料，同該族其他半導體材料一樣是直接能隙半導體，室溫下的禁帶寬度為2.42電子伏特，屬可見光范疇。在光電子領域，它是非常重要的一種半導體材料，可被用于構建非線性光學器件和發光二極管。同時它也是很好的光活性波導和電致發光材料，可被廣泛用于通訊、信息存儲以及高集成的化學或生物傳感器等領域。近年來，納米材料的發展顯示，納米尺度的材料很可能有更優異的性質，可以制備出性能更好的器件。在納米材料中，一維納米材料，包括納米棒、納米線等都有重要的技術應用前景，是當前材料科學技術研究的熱點之一。目前已有的眾多生長一維納米結構的方法中，熱蒸發法和化學氣相沉積法是操作相對簡單、成本廉價的方法。美國華盛頓大學Younan?Xia小組采用空氣中熱氧化法在Cu襯底表面氧化生成了具有均勻陣列密度的CuO納米線陣列，參閱Nano?Lett.第12期第2卷1334-1338頁；中國中山大學N.S.Xu小組采用直接熱蒸發法在(100)Si襯底上生成了高度與直徑均一性良好的MoO₃納米線陣列，并且該納米線陣列具有良好的場發射特性，參閱Appl.Phys.Lett.第13期第83卷2653-2655頁；中科院物理所H.J.Gao小組在2005年使用直徑為0.3mm的鎢絲為蒸發源采用熱蒸發法在(111)Si襯底上生成具有強光致發光性質的氧化鎢納米線，參閱Appl.Phys.Lett.第86期第141901頁。上述方法均存在兩個過程：(1)熱蒸發過程；(2)氧化過程，因此這種方法只適合于制備金屬氧化物的納米結構，無法應用于其他非氧化合物納米結構的制備之中。

化學氣相沉積法在制備材料的納米棒、納米線等結構方面有大量的報道。如G.X.Wang等以CdSe粉為原料，以氬氣為載氣，在鍍金的襯底上生長了各種形貌的CdSe納米線，參閱Appl.Phys.Lett.2006年第88期第193115頁；Z.Q.Wang等以Cd棒和S粉為原料，氮氣為載氣，在無催化劑附著的不銹鋼襯底上生長了CdS納米帶，參閱Appl.Phys.Lett.2006年第89期第033102頁；R.M.Ma等以CdS粉為原料，氬氣為載氣，在鍍金的(111)Si襯底上生長出具有網絡結構的CdS納米線，參閱Nanotechnology2007年第18期第205605頁；Soumitra?Kar等以CdS粉為原料，氬氣為載氣，在鍍金的Si襯底上生長出了各種一維納米結構，其中包括了納米線，納米帶，網絡結構納米線，珍珠鏈狀納米線和納米線陣列，參閱J.Phys.Chem.B2006年第110期第4542頁。一般說來，化學氣相沉積生長納米棒或線要求用氣體來傳輸生長物。

可以看到，目前用熱蒸發法制備納米棒的典型材料為金屬氧化物，沒有制備硫化鎘納米棒的報道，化學氣相沉積法制備硫化鎘納米棒需要引入反應氣和載氣，不易控制，很難在多種襯底上得到大面積形貌均勻的納米結構。

發明內容

本發明的目的在于提供一種催化劑輔助真空熱蒸發法生長CdS納米棒的方法，該方法能夠獲得微觀形貌為納米棒的CdS。

本發明是通過以下工藝過程實現的：

以鉍金屬粉末做為催化劑，高純CdS粉末(99.5％)為原料，按摩爾比為1:0.35-1:0.01將CdS粉末與鉍金屬粉末均勻混合后置于鉬片做成的電阻加熱舟中，將襯底置于蒸發源上方3毫米至3厘米處，當包含有電阻加熱舟和襯底的真空蒸發爐腔體的真空度達到2×10^-2-2×10^-3Pa后，優選在2×10^-3時，密閉腔體，通電流為100-180A熱蒸發沉積5min-15min，在襯底上發現黃色或黃褐色的沉積物，即為CdS納米棒。

其中，所述納米結構為長度為1-2μm，直徑為50-60nm的納米棒和/或長度為3-5μm，直徑最大處為500-800nm的大頭針狀納米棒和/或長度為5-10μm，直徑為100-200nm的納米線和/或直徑為50-300nm的納米線陣列。

進一步地，所述襯底為ITO玻璃、石英玻璃、硅片、鉬片、鎳片、藍寶石片等。

進一步地，所述真空蒸發爐為電阻式加熱，優選加熱器為鉬片的蒸發爐，更優選蒸發源直接放置于鉬片加熱器上。