一種鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線的制備方法，包括：（1）將ZnSe和Ge混合后置于管式爐的剛玉舟上，以p型單晶硅基片為襯底，放入ZnSe和Ge混合物下風(fēng)方向的剛玉舟中（2）抽真空至反應(yīng)爐內(nèi)氣壓為80~90Pa，然后通入氬氣，穩(wěn)定后，反應(yīng)爐內(nèi)氣壓穩(wěn)定在200~300Pa；（3）控制反應(yīng)管中央溫度為1200~1250°C，保溫，自然冷卻至室溫，即得。本發(fā)明專利技術(shù)制備工藝簡(jiǎn)單易行，采用一步法即可完成，重復(fù)性較好，可以較為可控地制備出縱向鍺酸鋅孿晶納米線；為其它縱向?qū)\晶納米線的制備提供了一個(gè)參考方法；為縱向?qū)\晶納米線的研究提供了一定的物質(zhì)基礎(chǔ)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于孿晶納米線的制備領(lǐng)域，特別涉及。
技術(shù)介紹
和塊體材料相比，一維金屬氧化物納米線具有獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)，引起了人們廣泛的興趣。特別是一維多元金屬氧化物，由于其組分可調(diào)控，從而其性能可調(diào)控，這為研究低維材料的新奇光電性能提供了理想的物質(zhì)基礎(chǔ)。同時(shí)，它也是構(gòu)筑納米級(jí)電子、光子器件的重要結(jié)構(gòu)單元。同時(shí)在一維多元金屬氧化物弓I入合適的缺陷如位錯(cuò)、孿晶等也會(huì)影響或增強(qiáng)其性能。欒晶，作為一種重要的缺陷類型，特別是縱向?qū)\晶(孿晶面沿納米線中軸線方向)可以阻止納米線中的位錯(cuò)滑移，而且可以在不破壞導(dǎo)電性的前提下增強(qiáng)其機(jī)械性能，這對(duì)構(gòu)筑基于這類材料的納米器件非常重要。但是，對(duì)于縱向?qū)\晶納米線的研究目前還很少。因此，在納米線中可控地引入縱向?qū)\晶還是一個(gè)挑戰(zhàn)。 鍺酸鋅(Zn2GeO4, ZG0)是一種重要的寬帶隙的多元金屬氧化物半導(dǎo)體材料，室溫下其禁帶寬度為4.68eV。鍺酸鋅材料具有很廣泛的應(yīng)用，如交流薄膜電致發(fā)光器件、長余輝磷光材料、光催化劑、負(fù)熱膨脹系數(shù)材料、紫外光探測(cè)器等。鍺酸鋅納米線的研究也備受關(guān)注，已經(jīng)有很多種方法包括化學(xué)氣象傳輸法、水熱法、熱蒸發(fā)法等用于制備鍺酸鋅納米線。但是，對(duì)于鍺酸鋅孿晶納米線，特別是鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線的制備還未見報(bào)到。因此，如何可控地制備鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線到目前為止仍是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供，該專利技術(shù)方法制備工藝簡(jiǎn)單易行，采用一步法即可完成，重復(fù)性較好，可以較為可控地制備出縱向鍺酸鋅孿晶納米線；本專利技術(shù)提供了一種簡(jiǎn)單的制備縱向?qū)\晶納米線的方法，為其它縱向?qū)\晶納米線的制備提供了一個(gè)參考方法；本專利技術(shù)制備的縱向?qū)\晶納米線為縱向?qū)\晶納米線的研究提供了一定的物質(zhì)基礎(chǔ)，該制備方法為研究其他材料的縱向?qū)\晶納米線提供了一個(gè)研究基礎(chǔ)。本專利技術(shù)的，包括:(I)將ZnSe和Ge混合后置于管式爐的剛玉舟上，并將該剛玉舟置于爐管的中心區(qū)域，以P型單晶硅基片為襯底，放入ZnSe和Ge混合物下風(fēng)方向的剛玉舟中，其中ZnSe和Ge的質(zhì)量比為2:1 ；(2)抽真空至反應(yīng)爐內(nèi)氣壓為8(T90Pa，然后通入氬氣作為載氣和保護(hù)氣體，穩(wěn)定后，反應(yīng)爐內(nèi)氣壓穩(wěn)定在20(T300Pa ；(3)控制反應(yīng)管中央溫度為120(Γ1250° C，保溫，自然冷卻至室溫，即得直徑從幾十納米到20(Γ300納米，長度為幾十微米的鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線。所述步驟(I)中的P型硅基片為P型(100)面硅基片。所述步驟(I)中的硅基片上涂有水合四氯金酸的乙醇溶液，濃度為5g/L。所述步驟(2)中通氬氣的流量為10(Tl50sccm。所述步驟(3)中的保溫時(shí)間為2h。 有益效果(I)本專利技術(shù)制備工藝簡(jiǎn)單易行，采用一步法即可完成，重復(fù)性較好，可以較為可控地制備出縱向鍺酸鋅孿晶納米線；(2)本專利技術(shù)提供了一種簡(jiǎn)單的制備縱向?qū)\晶納米線的方法，為其它縱向?qū)\晶納米線的制備提供了一個(gè)參考方法；(3)本專利技術(shù)制備出的縱向?qū)\晶納米線結(jié)晶性好，長徑比大，且穩(wěn)定性好，為縱向?qū)\晶納米線的制備提供了一種簡(jiǎn)單易行的方法，也為縱向?qū)\晶納米線的生長機(jī)理的研究提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，為研究其他材料的縱向?qū)\晶納米線提供了一個(gè)研究基礎(chǔ)。附圖說明圖1為實(shí)驗(yàn)設(shè)備示意圖；圖2為實(shí)施例1制備的鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片；圖3為實(shí)施例1制備的鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線的X射線衍射花樣；圖4為實(shí)施例1制備的鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線的(a)低倍TEM照片；(b)、(C)分別為圖4 Ca)中界面兩邊的I和2區(qū)域的EDS圖譜；圖5為實(shí)施例1制備的鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線(a)界面區(qū)域的高分辨TEM照片；(b)選區(qū)電子衍射圖譜(SAED)；圖6中(a)為實(shí)施例1制備的鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線的結(jié)構(gòu)示意圖；(b)為圖5Ca)中孿晶面處的原子結(jié)構(gòu)模擬圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本專利技術(shù)。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本專利技術(shù)而不用于限制本專利技術(shù)的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本專利技術(shù)講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本專利技術(shù)作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1將ZnSe和Ge粉末以1:2的質(zhì)量比混合放置在反應(yīng)管中間位置。以P型(100)面硅基片為襯底，將其放在距反應(yīng)管中間下風(fēng)方向約12cm處剛玉舟中，反應(yīng)管一端接供氣系統(tǒng)，另一端接機(jī)械泵，如圖1所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先打開機(jī)械泵抽氣Ih至反應(yīng)爐內(nèi)氣壓為8(T90Pa，然后通入流量為150SCCm的氬氣，穩(wěn)定后氣壓保持在300Pa。控制反應(yīng)管中央溫度為1250° C，保溫2h后，關(guān)閉加熱電源，自然冷卻至室溫，得到白色毛絨狀物質(zhì)。產(chǎn)物利用X射線粉末衍射(XRD)、X射線能量色散譜(EDS)對(duì)產(chǎn)物的物相和成分進(jìn)行分析；用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)所得產(chǎn)物的形貌進(jìn)行分析和表征；并用透射電子顯微鏡(TEM)、選取電子衍射(SAED)對(duì)所得產(chǎn)物的晶格結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可知制備的產(chǎn)物為鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線。下面各圖是以上各種測(cè)試的分析結(jié)果。圖2是制備的鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESBO照片。從圖中可以看出產(chǎn)物均為線狀，直徑為從幾十納米到200-300納米，長度為幾十微米，且?guī)缀跛屑{米線的頂端都存在一個(gè)小球，說明該納米線的生長的遵循氣-液-固的生長機(jī)理。插圖為放大的FESEM照片，可以看到，在納米線的軸向上存在一個(gè)明顯的界面。圖3是與圖2對(duì)應(yīng)鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線的X射線衍射花樣(XRD)。圖中的所有衍射峰可以指標(biāo)為六方相Zn2Ge04(JCPDS N0.11-0687)，另外出現(xiàn)了兩個(gè)弱的雜質(zhì)峰，可以歸屬于立方相的ZnSe或Ge。根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)可知,Ge的沉積區(qū)域的溫度要低于Zn2GeO4的沉積區(qū)域的溫度，故此處的雜質(zhì)應(yīng)為痕量的ZnSe產(chǎn)物。需要說明的是，此處出現(xiàn)的痕量ZnSe雜質(zhì)是產(chǎn)生Zn2GeO4縱向?qū)\晶納米線的必要條件。由于痕量ZnSe雜質(zhì)的出現(xiàn),在Zn2GeO4納米線會(huì)形成很多缺陷，退火過程中由于應(yīng)力的作用，最終形成了 Zn2GeO4縱向?qū)\晶納米線。圖4 Ca)為制備的鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線的低倍TEM照片，一個(gè)清晰的界面出現(xiàn)在納米線的軸線方向上，從插圖中的斷面的 Μ照片中也可以得出相同的結(jié)論；圖4 (b)分別為圖4 (a)中界面兩邊的I和2區(qū)域的EDS圖譜，從圖中可以看出，界面的兩邊均主要由Zn、Ge、0元素組成，且這三種元素的原子比近似于2:1: 4，結(jié)合圖3的XRD圖譜，進(jìn)一步說明界面的兩邊均為Zn2Ge04。C和Cu的信號(hào)來自TEM銅網(wǎng)，Si信號(hào)來自Si襯底。圖5 (a)為制備出的縱向?qū)\晶納米線界面區(qū)域的高分辨TEM照片，可以發(fā)現(xiàn)，界面兩邊晶面條紋沿界面呈鏡面對(duì)稱。通過嚴(yán)格的計(jì)算和測(cè)量，可以確定制備所得的Zn2GeOji向?qū)\晶納米線的孿晶面為(101)面，圖中看到的晶面條紋為(300)或(300) t (下標(biāo)t代表孿晶)面，該晶面與孿晶面的夾角為52.6°或52.7°。圖5 (b)為所制備的樣品的選區(qū)電子衍射圖譜(SAED)，根據(jù)該譜圖可以進(jìn)一步證實(shí)所制備的納米線為孿晶納米線。而該孿晶納米線的孿晶面沿納米線的軸線方向，故該納米線為縱向?qū)\晶納米線。圖6(a)為鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線孿晶面處的晶體結(jié)構(gòu)示意圖，圖中標(biāo)示了各個(gè)面的面指數(shù)和各個(gè)方向的晶向指數(shù)；圖6 (b)是圖5 (a)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線的制備方法，包括：（1）將ZnSe和Ge混合后置于管式爐的剛玉舟上，以p型單晶硅基片為襯底，放入ZnSe和Ge混合物下風(fēng)方向的剛玉舟中，其中ZnSe和Ge的質(zhì)量比為2:1；（2）抽真空至反應(yīng)爐內(nèi)氣壓為80~90Pa，然后通入氬氣，穩(wěn)定后，反應(yīng)爐內(nèi)氣壓穩(wěn)定在200~300Pa；（3）控制反應(yīng)管中央溫度為1200~1250℃，保溫，自然冷卻至室溫，即得鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線的制備方法，包括: (1)將ZnSe和Ge混合后置于管式爐的剛玉舟上，以P型單晶硅基片為襯底，放入ZnSe和Ge混合物下風(fēng)方向的剛玉舟中，其中ZnSe和Ge的質(zhì)量比為2:1 ; (2)抽真空至反應(yīng)爐內(nèi)氣壓為8(T90Pa，然后通入氬氣，穩(wěn)定后，反應(yīng)爐內(nèi)氣壓穩(wěn)定在200 300Pa ； (3)控制反應(yīng)管中央溫度為120(Tl25(rC，保溫，自然冷卻至室溫，即得鍺酸鋅縱向?qū)\晶納米線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鍺酸鋅縱向?qū)\...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王春瑞，徐靖，張瑤，劉旭，陳效雙，蒙琦，潘晉文，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：