专利名称：一种无机半导体硒化镉纳米管结构及其制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米管结构及其制备方法，尤其涉及无机半导体硒化镉纳米管结构及 其制备方法。
背景技术：
众所周知，纳米材料的性能与其形貌息息相关。在特定的复杂形貌下，纳米材料会 呈现出奇异的光学和电学性能。因此，科学家们都努力尝试使用各种方法以制备出具有复 杂和特殊形貌的纳米材料。纳米管是众多纳米材料形貌中研究得最为深入的一种形貌之 一。已有的研究结果表明，纳米管材料可以作为单分子晶体管、电子发射平板显示器及化学 传感器等光电纳米器件中的重要组成部分及联接组分。纳米管材料的制备方法有自组装 法、模板法、溶剂热法、凝胶法、电化学合成法、高温热解法、化学气相沉积法等。硒化镉(CdSe)晶体是一种典型的II-VI族半导体材料，是性能优异的室温核辐射 探测材料。其电阻率高、原子序数大，物理化学性质稳定、禁带较宽、对X射线和Y射线有 较高的阻抗能力。近些年来，受到研究人员的广泛关注。比较成熟的制备CdSe纳米材料的 合成方法主要有金属有机前驱法、水相合成法、水热_溶剂热法、电化学沉积法、气相沉积 法、激光烧蚀法等。例如美国的Alivisatos教授利用有机金属前驱法在2000年成功制备 了 CdSe的纳米棒、四臂棒。2005年中科院物理所的皱炳锁成功合成了单分散的CdSe量子 点。美国佐治亚理工学院的王中林教授利用物理气相沉积法，以CdSe粉末为原料，成功制 备得到硒化镉的纳米带。然而以上这些方法只能合成得到量子点、纳米线、多臂棒等较为简 单的硒化镉纳米结构。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种具备良好的阴极射线发光性能的无机半导体硒 化镉纳米管结构。本发明的另一目的在于提供一种简单易行、成本低廉的制备硒化镉纳米管结构的 方法。该硒化镉纳米管结构具备良好的阴极射线发光性能。本发明的一种无机半导体硒化镉纳米管结构，在基层上沉积的纳米材料为纳米管 结构，所述的纳米管结构的径向横截面为正六边形。本发明的一种制备无机半导体硒化镉纳米管结构的方法，它包括以下步骤(1)按照气流的流动方向在管式炉的石英管中依次放置茈粉末、硒化镉粉末和硅 片，其中硅片用耐高温胶固定在内壁上侧，气流为待送入石英管中的惰性气体；(2)在石英管中通入惰性气体，当石英管中完全处于惰性气体氛围时，在保持惰性 气体流入的同时，控制管式炉按预定速率升温至制备纳米管结构所需温度，然后恒温预定 时间以使反应充分进行，然后自然冷却降温，在硅片的基面上得到无机半导体硒化镉纳米 管结构。本发明的优点之一能够制备得到形貌均一且新奇的CdSe纳米管材料。该CdSe纳米管材料具备良好的阴极射线发光性能，常规方法只能制备得到CdSe量子点、纳米棒、多
臂棒等结构。本发明的优点之二在于实验操作简单易行。只需要在石英管的上游放置上茈，就 可以制备得到CdSe纳米管。实验过程中不需要使用模板也无需抽真空的操作，实验设备简 单，能耗较低。本发明的优点之三在于环保。实验过程中不需要任何有机溶剂，因此没有任何污 染物的排放。
图1 (a)是采用本发明方法制备的实施例1中的CdSe纳米管的场发射扫描电子显 微镜(FESEM)低倍图像；图1 (b)是采用本发明方法制备的实施例1中的CdSe纳米管的场发射扫描电子显 微镜(FESEM)高倍图像；图1 (c)是采用本发明方法制备的实施例1中的CdSe纳米管的粉末衍射谱图；图1(d)是采用本发明方法制备的实施例1中的CdSe纳米管的能量分散能谱 (EDS)图像；图1(e)是采用本发明方法制备的实施例1中的CdSe纳米管的阴极射线发光谱 图；图2 (a)是采用本发明方法制备的实施例2中的CdSe纳米管结构的低倍扫描电镜 图像；图2 (b)是采用本发明方法制备的实施例2中的CdSe纳米管结构的高倍扫描电镜 图像；图2(c)是采用本发明方法制备的实施例2中的CdSe纳米管结构的EDS谱图；图2(d)是采用本发明方法制备的实施例2中的CdSe纳米管的阴极射线发光谱 图；图3 (a)是采用本发明方法制备的实施例3中的CdSe纳米管结构的低倍扫描电镜 图像；图3 (b)是采用本发明方法制备的实施例3中的CdSe纳米管结构的高倍扫描电镜 图像；图3(c)是采用本发明方法制备的实施例3中的CdSe纳米管结构的EDS谱图；图4是本发明方法的反应系统的示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的一种无机半导体硒化镉纳米管结构，在硅基底上沉积的为硒化镉纳米管 结构，所述的纳米管结构的径向横截面为正六边形。本发明的一种制备无机半导体硒化镉纳米管结构的方法，它包括以下步骤(1) 按照气流的流动方向在管式炉的石英管的内壁上依次放置茈粉末和硒化镉粉末并且在其 内壁上侧固定硅片，气流为待送入石英管中的惰性气体；(2)在石英管中通入惰性气体，当
4石英管中完全处于惰性气体氛围时，在保持惰性气体流入的同时，控制管式炉按预定速率 升温至制备纳米管结构所需的温度，然后恒温预定时间使反应充分，然后自然冷却降温，在 硅片的基面上得到无机半导体硒化镉纳米管结构。在本方法中惰性气体作为载气，传送和 保护反应物及反应产物，反应过程中无需对系统抽真空。惰性气体可以采用氮气。优选的所述的步骤(1)中的茈粉末与管式炉炉口的距离为l-2cm(当距离小于 Icm时，温度太低，茈粉末无法挥发，当距离大于2cm时，茈粉末碳化太快)。所述的硒化镉 粉末放置在石英管的内壁中部，这样硒化镉粉末最易气化，节省能量。硅片距离硒化镉粉末 20-21cm，大量的Cdk纳米管材料会在这个位置沉积。优选的所述的步骤O)中的管式炉从30°C在30-50分钟内升温到880_930°C并在 该温度下恒温30-60分钟，这样得到的Cdk纳米管材料形貌较为均一，结晶性也较好。优选的所述的硒化镉粉末和茈粉末的质量比为0. 8-1. 6，保证反应中产生适量的 碳，促成Cdk纳米管结构的生成。优选的石英管的两端通冷凝水冷却降温，致使石英管中部与两端之间形成一定的 温度梯度，以使Cdk纳米管结构更容易沉积下来。优选的惰性气体流入石英管的流速为100-140毫升/分钟。实施例1按照气流的流动方向在管式炉的石英管中依次放置茈粉末、硒化镉粉末和硅片， 其中硅片用耐高温胶固定在内壁上侧，气流为待送入石英管中的氮气；在石英管中以120 毫升/分钟的流速通入氮气，当石英管中完全处于惰性气体氛围时，在保持惰性气体流入 的同时，控制管式炉从30°C在30分钟内升温到900°C并在该温度下恒温40分钟以使制备 纳米管结构充分进行，完毕后自然冷却降温，在硅片的基面上得到无机半导体硒化镉纳米 管结构。茈粉末与管式炉炉口的距离为1cm，所述的硒化镉粉末放置在石英管的内壁中部， 硅片距离硒化镉粉末20cm。所述的硒化镉粉末和茈粉末的质量比为1.0。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM，加速电压15kV)得到Cdk纳米管结构的低倍 和高倍图像。可以看出纳米管结构的径向横截面为正六边形，如图1(a)、图1(b)所示。由图1 (c)纳米管的粉末衍射图看出，所有衍射峰都可以归属为Cdk (PDF 01-077-2307)，证明本发明方法制备得到的产物为Cdk的纳米管材料。由图1(d)能谱图表(其元素分析见下表)看出产物中包含Cd、Se、C三种元素。 〇(1与％的原子比接近1 1。表1. 1实施例1中产物的EDS结果
权利要求
1.一种无机半导体硒化镉纳米管结构，其特征在于在基层上沉积的纳米材料为纳米 管结构，所述的纳米管结构的径向横截面为正六边形。
2.一种制备无机半导体硒化镉纳米管结构的方法，其特征在于它包括以下步骤(1)按照气流的流动方向在管式炉的石英管中依次放置茈粉末、硒化镉粉末和硅片，其 中硅片用耐高温胶固定在内壁上侧，气流为待送入石英管中的惰性气体；(2)在石英管中通入惰性气体，当石英管中完全处于惰性气体氛围时，在保持惰性气体 流入的同时，控制管式炉按预定速率升温至制备纳米管结构所需温度，然后恒温预定时间 以使反应充分进行，然后自然冷却降温，在硅片的基面上得到无机半导体硒化镉纳米管结 构。
3.根据权利要求2所述的制备无机半导体硒化镉纳米管结构的方法，其特征在于所 述的步骤(1)中的茈粉末与管式炉炉口的距离为l_2cm，所述的硒化镉粉末放置在石英管 的中部，硅片距离硒化镉粉末20-21cm。
4.根据权利要求2或3所述的制备无机半导体硒化镉纳米管结构的方法，其特征在于 所述的步骤O)中的管式炉从30°C在30-50分钟内升温到880-930°C并在该温度下恒温 30-60分钟。
5.根据权利要求4所述的制备无机半导体硒化镉纳米管结构的方法，其特征在于所 述的硒化镉粉末和茈粉末的质量比为0. 8-1. 6。
6.根据权利要求5所述的制备无机半导体硒化镉纳米管结构的方法，其特征在于所 述的步骤O)中惰性气体流入石英管的流速为100-140毫升/分钟。
全文摘要
本发明公开了一种制备无机半导体硒化镉纳米管结构的方法，它包括以下步骤(1)按照气流的流动方向在管式炉的石英管中依次放置苝粉末、硒化镉粉末和硅片，其中硅片用耐高温胶固定在内壁上侧，气流为待送入石英管中的惰性气体；(2)在石英管中通入惰性气体，当石英管中完全处于惰性气体氛围时，在保持惰性气体流入的同时，控制管式炉按预定速率升温至制备纳米管结构所需温度，然后恒温预定时间以使反应充分进行，然后自然冷却降温，在硅片的基面上得到无机半导体硒化镉纳米管结构。采用本发明方法能够制备得到形貌均一且新奇的CdSe纳米管材料。该CdSe纳米管材料具备良好的阴极射线发光性能。
文档编号B82Y40/00GK102060278SQ20101059884
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者刘 文, 刘楠, 孙世谦, 孙艳行, 宋辉, 张媛, 张蒙, 曹振岩, 梁莹, 王志文, 王海国, 袁学民, 钱震 申请人:中国天辰工程有限公司, 天津天辰绿色能源工程技术研发有限公司