專利名稱：一種硒化鋅納米帶的制備方法
技術領域：
本發明涉及納米材料制備技術領域，具體說涉及一種硒化鋅納米帶的制備方法。
背景技術：
無機物納米帶的制備與性質研究目前是材料科學、凝聚態物理、化學等學科研究的前沿熱點之一。納米帶是一種用人工方法合成的呈帶狀結構的納米材料，它的橫截面是一個矩形結構，其厚度在納米量級，寬度可達到微米級，而長度可達幾百微米，甚至幾毫米。 納米帶由于其不同于管、線材料的新穎結構以及獨特的光、電、磁等性能而引起人們的高度重視。硒化鋅ZnSe晶體屬于直接帶隙II-VI族半導體，是一種優良的發光材料，具有直接躍遷型能帶結構，在室溫時禁帶寬度為2. 67eV。廣泛應用于發光二極管、激光器、平板顯示、信息的存儲與傳輸、太陽電池、化學與生物傳感器、生物醫學標記、射線探測器、半導體閃爍器以及催化等領域。由于其獨特的性能，多種形貌的ZnSe，如納米棒、納米線、納米帶、 納米晶、納米球、多晶納米薄膜、四足結構、花形結構和中空納米結構等已經被制備出來。采用的方法包括水熱法，溶劑熱法，溶液熱還原法，表面軟模法，化學氣相沉積，分子束外延生長，電子束輻照合成法，化學氣相輸運法，溶膠-凝膠法等。目前，未見有采用靜電紡絲技術與硒化技術相結合制備ZnSe納米帶的相關報道。專利號為1975504的美國專利公開了一項有關靜電紡絲方法(electrospinning) 的技術方案，該方法是制備連續的、具有宏觀長度的微納米纖維的一種有效方法，由 Formhals于1934年首先提出。這一方法主要用來制備高分子納米纖維，其特征是使帶電的高分子溶液或熔體在靜電場中受靜電力的牽引而由噴嘴噴出，投向對面的接收屏，從而實現拉絲，然后，在常溫下溶劑蒸發，或者熔體冷卻到常溫而固化，得到微納米纖維。近 10年來，在無機纖維制備技術領域出現了采用靜電紡絲方法制備無機化合物如氧化物納米纖維的技術方案，所述的氧化物包括TiO2' ZrO2, Y2O3' Y2O3:RE3+(RE3+ = Eu3+、Tb3+、Er3+、 Yb3VEr3+)、NiO, Co3O4, Mn203、Mn3O4, CuO、SiO2, A1203、V2O5, ZnO, Nb2O5, MoO3> CeO2, LaMO3 (M =Fe、Cr、Mn、Co、Ni、Al)、Y3Al5O12^ La2Zr2O7等金屬氧化物和金屬復合氧化物。已有人利用靜電紡絲技術成功制備了高分子納米帶(Materials Letters, 2007,61 :2325-2328 ； Journal of Polymer Science Part B Polymer Physics, 2001, 39 :2598-2606)。有人利用錫的有機化合物，使用靜電紡絲技術與金屬有機化合物分解技術相結合制備了多孔SnO2 納米帶(Nanotechnology，2007，18 :435704);有人利用靜電紡絲技術首先制備了 PEO/氫氧化錫復合納米帶，將其焙燒得到了多孔SnO2納米帶(J. Am. Ceram. Soc. ,2008,91 (I) 257-262)。董相廷等采用靜電紡絲技術制備了稀土氟化物納米帶(中國發明專利，申請號 201010108039. 7)、二氧化鈦納米帶(中國發明專利，ZL200810050948. 2)和 Gd3Ga5O12:Eu3+ 多孔納米帶(高等學校化學學報，2010，31 (7) ,1291-1296)。目前，未見有采用靜電紡絲技術與硒化技術相結合制備ZnSe納米帶的相關報道。利用靜電紡絲技術制備納米材料時，原料的種類、高分子模板劑的分子量、紡絲液的組成、紡絲過程參數和熱處理工藝對最終產品的形貌和尺寸都有重要影響。本發明先采用靜電紡絲技術，以六水合硝酸鋅Zn(NO3)2 *6H20為原料，加入溶劑N，N-二甲基甲酰胺DMF 和高分子模板劑聚乙烯吡咯烷酮PVP，得到紡絲液后進行靜電紡絲，在最佳的實驗條件下， 制備出PVP/Zn (NO3)2原始納米帶，將其在空氣中進行熱處理，得到ZnO納米帶，采用雙坩堝法、以硒粉為硒化劑進行硒化，制備出了結構新穎純相的ZnSe納米帶。
發明內容
現有技術采用水熱法，溶劑熱法，溶液熱還原法，表面軟模法，化學氣相沉積，分子束外延生長，電子束輻照合成法，化學氣相輸運法，溶膠-凝膠法等，制備了 ZnSe納米棒、納米線、納米帶、納米晶、納米球、多晶納米薄膜、四足結構、花形結構和中空納米結構等。
背景技術：
中的使用靜電紡絲技術制備了金屬氧化物、金屬復合氧化物納米纖維、高分子納米帶、 SnO2納米帶、TiO2納米帶、Gd3Ga5O12:Eu3+多孔納米帶和稀土氟化物納米帶。為了提供ZnSe 納米帶一種新的制備方法，我們將靜電紡絲技術與硒化技術相結合，發明了一種ZnSe納米帶的制備方法。本發明是這樣實現的，首先制備出用于靜電紡絲的具有一定粘度的紡絲液，應用靜電紡絲技術進行靜電紡絲，在最佳的實驗條件下，制備出PVP/Zn(NO3)2原始納米帶，將其在空氣中進行熱處理，得到ZnO納米帶，采用雙坩堝法、以硒粉為硒化劑進行硒化，制備出了結構新穎純相的ZnSe納米帶。其步驟為(I)配制紡絲液鋅源使用的是六水合硝酸鋅Zn(NO3)2 6H20,高分子模板劑采用聚乙烯吡咯烷酮 PVP，分子量為1300000，采用N，N-二甲基甲酰胺DMF為溶劑，稱取一定量的Zn (NO3)2 MH2O 和PVP，加入到適量的DMF溶劑中，于室溫下磁力攪拌4h，并靜置2h，即形成紡絲液，該紡絲液各組成部分的質量百分數為硝酸鋅含量11%，PVP含量23%，溶劑DMF含量66% ；(2)制備ZnO納米帶將配制好的紡絲液加入紡絲裝置的儲液管中，進行靜電紡絲，噴頭內徑1mm，調整針頭與水平面垂直，施加6kV的直流電壓，固化距離18cm，室溫18 25°C，相對濕度為 50 % 60 %，得到PVP/Zn (NO3) 2復合納米帶，將所述的PVP/Zn (NO3) 2復合納米帶放到程序控溫爐中進行熱處理，升溫速率為1°C /min，在600°C恒溫4h，再以1°C /min的速率降溫至 200°C，之后隨爐體自然冷卻至室溫，得到ZnO納米帶；(3)制備ZnSe納米帶硒化試劑使用硒粉，采用雙坩堝法，將硒粉放入小坩堝中，上面覆蓋碳棒，將所述的ZnO納米帶放在碳棒上面，將小坩堝放入較大的坩堝中，在內外坩堝間加過量的硒粉，在外坩堝上加上坩堝蓋子放入管式爐中，在室溫時通入Ar氬氣30min，排出爐管內的空氣，以 5°C /min的升溫速率至700°C，保溫4h，再以5°C /min的降溫速率降至200°C，之后自然冷卻至室溫，得到ZnSe納米帶，寬度為0. 6 2. 2 ii m，厚度為63. 3nm,長度大于100 u m。在上述過程中所述的ZnSe納米帶具有良好的晶型，寬度為0. 6 2. 2iim，厚度為 63. 3nm,長度大于100 u m,實現了發明目的。
圖I是ZnSe
圖2是ZnSe
圖3是ZnSe
圖4是ZnSe
圖5是ZnSe
圖6是ZnSe
具體實施例方式本發明所選用的六水合硝酸鋅Zn(NO3)2 6H20，聚乙烯吡咯烷酮PVP，分子量 1300000, N，N-二甲基甲酰胺DMF，硒粉，碳棒均為市售分析純產品；所用的玻璃儀器、坩堝和設備是實驗室中常用的儀器和設備。實施例稱取一定量的Zn (NO3) 2 *6H20和PVP，加入到適量的DMF溶劑中，于室溫下磁力攪拌4h，并靜置2h，即形成紡絲液，該紡絲液各組成部分的質量百分數為硝酸鋅含量 11%, PVP含量23%，溶劑DMF含量66% ;將配制好的紡絲液加入紡絲裝置的儲液管中，進行靜電紡絲，噴頭內徑1mm，調整針頭與水平面垂直，施加6kV的直流電壓，固化距離18cm， 室溫18 25°C，相對濕度為50% 60%，得到PVP/Zn (NO3)2復合納米帶，將所述的PVP/ 211(勵3)2復合納米帶放到程序控溫爐中進行熱處理，升溫速率為11/1^11，在6001恒溫411， 再以1°C /min的速率降溫至200°C，之后隨爐體自然冷卻至室溫，得到ZnO納米帶；硒化試劑使用硒粉，采用雙坩堝法，將硒粉放入小坩堝中，上面覆蓋碳棒，將所述的ZnO納米帶放在碳棒上面，將小坩堝放入較大的坩堝中，在內外坩堝間加過量的硒粉，在外坩堝上加上坩堝蓋子放入管式爐中，在室溫時通入Ar氬氣30min，排出爐管內的空氣，以5°C /min的升溫速率至700°C，保溫4h，再以5°C /min的降溫速率降至200°C，之后自然冷卻至室溫，得到 ZnSe納米帶。所述的ZnSe納米帶，具有良好的結晶性，其衍射峰的d值和相對強度與ZnSe 的PDF標準卡片(65-9602)所列的d值和相對強度一致，屬于立方晶系，空間群為F_43m，見圖I所示。所述的ZnSe納米帶的寬度為0. 6 2. 2 ii m，厚度為63. 3nm,長度大于100 y m，見圖2所示。ZnSe納米帶由Zn和Se元素組成(Au來源于SEM制樣時表面鍍的Au導電層)， 見圖3所示。ZnSe納米帶的介電常數隨交流電頻率的增加而減小,見圖4所示。ZnSe納米帶的介電損耗隨交流電頻率的增加而減小，見圖5所示。ZnSe納米帶的電導率隨著交流電頻率的增加而增大，見圖6所示。當然，本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明做出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種硒化鋅納米帶的制備方法，其特征在于，采用雙坩堝法，將靜電紡絲技術與硒化技術相結合，使用聚乙烯吡咯烷酮PVP為高分子模板劑，采用N，N- 二甲基甲酰胺DMF為溶劑，硒化試劑使用硒粉，制備產物為ZnSe納米帶，其步驟為(1)配制紡絲液稱取一定量的六水合硝酸鋅Zn(NO3)2 6H20和聚乙烯吡咯烷酮PVP，加入到適量的N， N- 二甲基甲酰胺DMF溶劑中，于室溫下磁力攪拌4h，并靜置2h，即形成紡絲液，該紡絲液各組成部分的質量百分數為硝酸鋅含量11%，PVP含量23%，溶劑DMF含量66% ；(2)制備ZnO納米帶將配制好的紡絲液加入紡絲裝置的儲液管中，進行靜電紡絲，噴頭內徑1mm，調整針頭與水平面垂直，施加6kV的直流電壓，固化距離18cm，室溫18 25°C，相對濕度為50% 60%,得到PVP/Zn(NO3)2復合納米帶，將所述的PVP/Zn(NO3)2復合納米帶放到程序控溫爐中進行熱處理，升溫速率為l°C/min，在600°C恒溫4h，再以1°C/min的速率降溫至200°C，之后隨爐體自然冷卻至室溫，得到ZnO納米帶；(3)制備ZnSe納米帶硒化試劑使用硒粉，采用雙坩堝法，將硒粉放入小坩堝中，上面覆蓋碳棒，將所述的ZnO 納米帶放在碳棒上面，將小坩堝放入較大的坩堝中，在內外坩堝間加過量的硒粉，在外坩堝上加上坩堝蓋子放入管式爐中，在室溫時通入Ar氬氣30min，排出爐管內的空氣，以5°C / min的升溫速率至700°C，保溫4h，再以5°C /min的降溫速率降至200°C，之后自然冷卻至室溫，得到ZnSe納米帶，寬度為0. 6 2. 2 ii m，厚度為63. 3nm,長度大于100 u m。
2.根據權利要求I所述的一種硒化鋅納米帶的制備方法，其特征在于，高分子模板劑為分子量Mr = 1300000的聚乙烯吡咯烷酮。
全文摘要
本發明涉及一種硒化鋅納米帶的制備方法，屬于納米材料制備技術領域。本發明采用雙坩堝法，將靜電紡絲技術與硒化技術相結合，制備了ZnSe納米帶。本發明包括三個步驟(1)配制紡絲液。將Zn(NO3)2·6H2O和PVP，加入到DMF溶劑中，形成紡絲液；(2)制備ZnO納米帶。采用靜電紡絲技術制備PVP/Zn(NO3)2復合納米帶，再進行熱處理得到ZnO納米帶；(3)制備ZnSe納米帶。采用雙坩堝法，用硒粉對ZnO納米帶進行硒化處理，得到ZnSe納米帶，具有良好的晶型，寬度為0.6～2.2μm，厚度為63.3nm，長度大于100μm。硒化鋅納米帶是一種新型的重要功能材料，將在激光器、生物醫學、平板顯示、太陽電池、信息的存儲與傳輸、閃爍器、催化等領域得到應用。本發明的制備方法簡單易行，可以批量生產，具有廣闊的應用前景。
文檔編號D01F11/00GK102586949SQ20121004296
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月24日 優先權日2012年2月24日
發明者于文生, 劉桂霞, 王進賢, 董相廷, 陳銳 申請人:長春理工大學