[发明专利]一种尺子状ZnS单晶及其合成方法

说明书

技术领域：

本发明属于晶体生长技术领域，具体涉及尺子状ZnS单晶及其合成方法。

背景技术：

纳米材料的最终目标是做成具有各种功能的纳米器件，其中占主导地位的是一维纳米材料。在现有的纳米管、纳米带、纳米棒和纳米线等纳米材料中，由于纳米带具有规则的长方体结构，在长、宽、厚三个方向都有确定的生长晶面，因而在制作纳米器件的过程中便于进行操作定位；同时，与纳米棒/管/线不同，纳米带所产生的量子尺寸效应通常只在具有纳米尺度的厚度方向上产生，因此便于设计纳米器件。

德国《先进材料》杂志(Adv.Mater.，2003年，第15卷，第228-231页和第323-327页)报道了采用高温蒸发方法来合成半导体单晶ZnS的纳米带；德国《微尺度》杂志(Small，2005年，第1卷，第320-325页)报道了采用溶剂热合成方法来合成半导体单晶ZnS的纳米带。但现有方法合成的这些ZnS纳米带非常柔韧，容易弯曲，而且长度不一，单根纳米带的宽度也不是处处一致，有的纳米带表面凹凸起伏，不够光滑，这些都对ZnS纳米带的应用造成很大困难。

发明内容：

本发明提出一种尺子状ZnS单晶及其合成方法，以克服现有方法合成单晶ZnS纳米带的上述缺点，填补现有ZnS在尺子状形貌上的空白。

本发明的尺子状ZnS单晶的合成方法，其特征在于采用水和二乙烯三胺按体积比为1：1-3的混合作为溶剂，将硫代乙酰胺和相同摩尔数的可溶性锌盐加入到上述溶剂中，使得硫代乙酰胺和锌盐在反应体系中的浓度为0.01-1M；搅拌均匀后密封于耐压容器中在120-180℃保温6-12h，将产物过滤后再用碱液进行清洗，烘干后即得到尺子状的单晶ZnS。

本发明的由上述方法制备的尺子状ZnS单晶，特征在于其为长1-5μm、宽100-500nm、厚30-100nm的纤锌矿结构的ZnS纳米带，表面光滑且不易弯曲，单根纳米带的宽度处处一致，可以形象地称这种结构为“尺子”；该尺子状ZnS纳米带的上下两个表面为{1120}晶面，前后两个侧面为{1100}晶面，左右两个端面为{0001}晶面。

在本发明尺子状ZnS的合成过程中，二乙烯三胺既做溶剂，又是模板剂和配位剂，同时，它的相对含量又严重影响到溶液的粘度，而粘度又影响到反应速度的快慢，反应速度决定了最终的产物形貌。当水和二乙烯三胺的体积比低于1:3时，溶液粘度高，反应速度慢；当水和二乙烯三胺的体积比高于1:1时，溶液粘度低，反应速度快。这两种情况都不利于尺子状ZnS的生成。反应温度也对产物的形貌和质量有很大影响，当反应温度低于120℃时，反应速度慢，而且反应不充分；当反应温度高于180℃时，硫代乙酰胺的分解速度快，难以得到尺子状的单晶ZnS。同样，反应时间应控制在6h以上，否则反应不完全。硫代乙酰胺和锌盐的浓度不宜在0.01M以下，否则ZnS的产量太低；而浓度高于1M时，锌盐容易水解且反应速度太快，不利于得到形貌均一的产物。

与文献报道的ZnS纳米带相比，本发明具有显著进步的效果体现在：

1、本发明方法可以合成尺子状的ZnS单晶，填补了ZnS形貌的空白；

2、本发明方法合成的尺子状单晶ZnS表面光滑且不易弯曲，单根纳米带的宽度处处一致，从而为制作ZnS纳米器件提供了方便。

附图说明：

图1是实施例1中在180℃合成样品的X射线衍射(XRD)花样。

图2是实施例1中合成样品的扫描电镜(SEM)照片。

图3是实施例1中合成样品的能谱(EDS)图。

图4是实施例1中合成样品的透射电镜(TEM)照片和对应的电子衍射(ED)花样。

图5是实施例1中合成样品的高分辨透射电镜(HRTEM)照片。

图6是实施例2中在150℃合成样品的扫描电镜(SEM)照片。

图7是实施例3中在120℃合成样品的扫描电镜(SEM)照片。

图8是对比例4中作为对比样品的低倍扫描电镜(SEM)照片；

图9是对比例4中作为对比样品的高倍扫描电镜(SEM)照片。

具体实施方式：

实施例1：180℃合成骰子状的单晶PbS