[发明专利]高选择性梳状CdS纳米材料的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种Ⅱ-Ⅵ族半导体光电材料——梳状CdS纳米材料——的高选择性合成方案，通过了采用物理气相沉积法利用Au纳米颗粒催化作用，合成出了高选择性的梳状CdS纳米材料，为该种半导体光电材料的性能研究和开发奠定了坚实的实验基础。

背景技术

Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体由于具有较宽的禁带范围、直接跃迁的能带结构以及良好的发光性能等特点在激光器、发光二极管、太阳能电池等方面存在着广泛的应用。而纳米尺度的Ⅱ- Ⅵ族半导体材料因其独特的物性和满足微型化器件的需求，在纳米光电子器件领域表现出巨大的应用潜力，因此，Ⅱ-Ⅵ族半导体化合物纳米材料的合成、光电性能等研究成为近些年来纳米材料学领域的焦点。CdS作为一种典型的Ⅱ- Ⅵ族化合物半导体，其室温下禁带宽度为2.42 eV，在可见光范围内具有非常好的光电特性。随着尺寸和维度的降低，CdS纳米材料表现出不同于其块体和薄膜材料的奇特光学和电学性质，比如，量子尺寸效应使得CdS的能级改变、能隙变宽，吸收和发射光谱向短波方向移动；表面效应会引起CdS纳米微粒的表面原子输运和构型发生变化，同时也引起其表面电子自旋构象和电子能谱发生变化。因而，一维CdS纳米结构材料在电子、光电子方面具有非常重要的潜在应用前景，其结构和物性的关联研究备受国内外科研工作者的关注。到目前为止，有关某些特定结构的CdS纳米材料（纳米带、纳米线等）的合成已有相关报道，但关于高选择性梳状CdS纳米材料的报道却非常稀少。

本专利以CdS粉末为起始原料，以氩气为载流气体，以沉积在单晶Si片的Au膜为催化剂材料，利用物理气相沉积法单步合成出高选择性的梳状CdS纳米材料。

发明内容

本发明目的是通过系统的实验分析和总结，设计出一套梳状CdS纳米材料的高选择性合成方案，为该种先进功能材料的开发研究和实际应用奠定了物质和实验基础。

本发明的技术方案：高选择性梳状CdS纳米材料的合成方法，其特征在于：包含以下步骤：(1)Si片上沉积Au膜；(2) CdS粉末放置在陶瓷舟里，并整体推入石英管内，后将镀有Au膜的Si片放置在陶瓷舟左侧；(3) 密封石英管，抽气，从陶瓷舟的右侧引入氩气，管内压强保持在0.1 MPa，将反应温度升至800 ℃，并在氩气的保护下恒温2 h，待反应温度降到室温后，即得。

Si片上沉积Au膜的厚度为48 -55 nm 。

将镀有Au膜的Si片放置在距小瓷舟左侧17 cm位置处。

本发明的有益效果是：本发明利用Au纳米颗粒作为催化剂，通过单步、简单、友好的物理气相沉积方法实现了高选择性梳状CdS纳米材料的合成，为该种材料的性能研究、开发和实际应用奠定了坚实的实验基础。

本发明优点是利用Au纳米颗粒作为催化剂，采用单步物理气相沉积法实现了梳状CdS纳米材料的高选择性合成。因而，与之前所报道的工艺条件和方法相比，该合成方案利用简单、环境友好的实验方法成功地实现了高选择性梳状CdS纳米材料的合成且实验具有很好的可重复性。

附图说明

图1为所合成样品的FE-SEM照片；

图2为所合成样品的XRD图。

具体实施方式

以下是本发明的实例(实例中所用试剂均为化学纯)，该实验过程的主要步骤：

首先，使用小型离子溅射仪在尺寸为0.9 cm*0.9 cm的(100)晶向Si基片上镀一层厚度约为50 nm Au膜；将盛有1.4 g CdS粉末的陶瓷舟放入石英管内并推至管式炉热电偶位置处，将镀有Au膜的Si基片推入石英管至距离陶瓷舟左侧17 cm位置处，密封石英管，利用机械泵抽气1 h后，从右侧以30 sccm的流速通入氩气，调节两边珐琅上进气口和出气口的气体流速，利用机械泵将石英管内的气压维持在0.1 MPa；在氩气的保护下，将反应温度升高至800 ℃并在此温度下恒温反应2小时，待反应完成后将所得样品在原位氩气氛围下退火100分钟，待整个装置冷却至室温后，可在基片上得到一层黄色样品。本发明所制备的样品需要利用以下仪器进行物相和结构表征、分析。样品物相分析采用日本Rigaku公司制造的D/Max-RA型旋转阳极X射线衍射仪(XRD)进行分析(CuKα)；产品形貌采用FEI公司生产的Sirion场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)以及JEOL-2010型高分辨透射电子显微镜(HRTEM)表征。