专利名称：高压合成MnP相的MnS纳米晶材料的方法
技术领域：
本发明属于纳米材料制备的技术领域,特别涉及一种制备MnP相的MnS纳米晶的方法。
背景技术：
作为一种重要的P型磁性半导体材料，MnS展现各种重要的磁学、光学、电子输运性质。它潜在应用于太阳能电池、稀磁半导体材料、磁-光纳米器件、光催化和短波光电子器件。特别是，MnS是一个反铁磁性半导体材料，它具有有趣的磁性排列。在薄膜超晶格中，这种磁性排列能够通过控制维度和厚度来调节。由于具有广泛的应用潜力，新晶体结构的MnS纳米晶的合成和性质研究吸引着人们广泛的研究兴趣。在常压下，MnS具有三种晶体结构:岩盐矿，闪锌矿和纤维锌矿。闪锌矿和纤维锌矿MnS是亚稳态，岩盐矿MnS是稳态。然而，到目前为止人们对它们在高压下的晶体结构稳定性是不清楚的。此外，材料的晶体结构会很大地影响材料的光学、磁学、催化等物理和化学性质，因此合成新晶体结构的材料会优化纳米器件功能。到目前为止没有工作报道合成新的晶体结构的MnS纳米晶。因此，需要发展简单、方便的方法来合成新的晶体结构的MnS纳米晶。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:克服背景技术存在的问题和缺陷，提供一种简单的制备MnP相MnS纳米晶的方法，该方法以用溶胶凝胶法合成的岩盐矿和纤维锌矿MnS纳米晶为起始材料，采用金刚石对顶砧压机在高压下合成MnP相的MnS纳米晶。并且通过控制起始材料的形貌能够很好 地调节MnP相的MnS纳米晶的形状。本发明的具体技术方案如下。一种高压合成MnP相的MnS纳米晶材料的方法，以岩盐矿MnS纳米立方块为初始原料,在金刚石对顶砧中对初始原料加压至11.6 31GPa，得到MnP相的MnS纳米立方块。最后将金刚石对顶砧泄压至常压，仍可以得到MnP相的MnS纳米立方块。一种高压合成MnP相的MnS纳米晶材料的方法，以纤维锌矿MnS纳米棒为初始原料，在金刚石对顶砧中对初始原料加压至24.3 33GPa，得到MnP相的MnS纳米棒。最后将金刚石对顶砧泄压至常压，仍可以得到MnP相的MnS纳米棒。岩盐矿MnS纳米立方块的合成可以参见专利申请201210448067.2 ;纤维锌矿MnS 纳米棒的合成可以参见 Polymorphism and Formation Mechanism of Nanobipods inManganese Sulfide Nanocrystals Induced by Temperature or Pressure,J.Phys.Chem.C2012，116，3292-3297。本发明制备MnP相的MnS纳米晶的方法的方法优点在于:本发明制备方法得到的产品，通过用同步辐射XRD对样品的晶体结构进行表征，发现在高压下这些MnS纳米晶具有稳定的MnP相结构，相纯度很高，泄压后样品依然保持MnP相结构，并且粒径分布均匀、结晶性好，这些MnP相MnS纳米立方块超晶格具有很好的光学性质，能潜力地应用在光学、太阳能等领域。本发明制备方法能够通过控制原材料的相貌调节MnP相的MnS纳米晶的形状；具有过程简单、室温合成、合成时间短、可重复性高等优点。
图1是起始材料为岩盐矿MnS纳米立方块的透射电镜图片。图2是起始材料为岩盐矿MnS纳米立方块时，样品随压力变化的同步辐射XRD数据。图3是起始材料为岩盐矿MnS纳米立方块时，泄压后样品的同步辐射XRD精修数据。图4是起始材料为岩盐矿MnS纳米立方块时，泄压后样品的透射电镜图片。图5是起始材料为岩盐矿MnS纳米立方块时，泄压后样品的高分辨透射电镜图片。图6是起始材料为纤维锌矿MnS纳米棒的透射电镜图片。图7是起始材料为纤维锌矿MnS纳米棒时，样品随压力变化的同步辐射XRD数据。图8是起始材料为纤维锌矿MnS纳米棒时，泄压后样品的同步辐射XRD精修数据。图9是起始材料为纤维锌矿MnS纳米棒时，泄压后样品的透射电镜图片。图10是起始材料 为纤维锌矿MnS纳米棒时，泄压后样品的高分辨透射电镜图片。图11是MnP相的MnS纳米立方块的吸收光谱。图12是MnP相的MnS纳米棒的吸收光谱。
具体实施例方式现结合下列实施例更加具体地描述本发明，如无特殊说明，所用试剂均为市售可获得的产品，并未加进一步提纯使用。实施例1MnP相的MnS纳米晶的合成(合成MnP相的MnS纳米立方块)合成MnP相的MnS纳米晶是在对称式金刚石对顶砧中进行，利用对称式金刚石对顶砧进行加压，金刚石砧面大小为0.4mm，密封垫采用T301不锈钢片。在预压的垫片上钻了一个直径为0.20mm的小孔，将一小块红宝石置于其中。压力的标定是采用标准红宝石荧光标压的技术。然后，将用溶胶凝胶法合成的岩盐矿MnS纳米立方块放入金刚石对顶砧压机中，然后对样品进行加压至31GPa。在11.6GPa时，岩盐矿MnS纳米立方块已经开始转变成MnP相的MnS纳米立方块。最后将金刚石对顶砧压机泄压至常压,可以得到MnP相的MnS纳米立方块。实施例2MnP相的MnS纳米晶的合成(合成MnP相的MnS纳米棒)合成MnP相的MnS纳米晶是在对称式金刚石对顶砧中进行，利用对称式金刚石对顶砧进行加压，金刚石砧面大小为0.4mm，密封垫采用T301不锈钢片。在预压的垫片上钻了一个直径为0.20mm的小孔，将一小块红宝石置于其中。压力的标定是采用标准红宝石荧光标压的技术。然后，将用溶胶凝胶法合成的纤维锌矿MnS纳米棒放入金刚石对顶砧压机中，然后对样品进行加压至33GPa。在24.3GPa时，纤维锌矿MnS纳米棒开始转变成MnP相的MnS纳米棒。最后将金刚石对顶砧压机泄压至常压，可以得到MnP相的MnS纳米棒。实施例3MnP相的MnS纳米晶的晶体结构和形貌表征
对样品进行同步辐射X光射线衍射、透射电镜、高分辨电镜和吸收光谱表征。图1是起始材料-岩盐矿MnS纳米立方块的透射电镜照片。图2是样品随压力变化的同步辐射XRD数据。在11.6GPa时，岩盐矿MnS纳米立方块已经开始转变成MnP相的MnS纳米晶，说明在高压下MnP相结构更稳定。图3是泄压后样品的同步辐射XRD数据精修，显示制备的样品为MnP相结构，并且相纯度很高。对泄压后的样品进行透射电镜(图4)表征，表明样品为粒径分布均匀的MnP相MnS纳米立方块。高分辨电镜图片显示纳米立方块具有很好的结晶性(图5)。图6是起始材料-纤维锌矿MnS纳米棒的透射电镜照片。图7是样品随压力变化的同步辐射XRD数据。在24.3GPa时，纤维锌矿MnS纳米棒开始转变成MnP相的MnS纳米晶。图8是泄压后样品的同步辐射XRD数据精修，说明制备的样品为MnP相结构。对泄压后的样品进行透射电镜(图9 )和高分辨电镜表征(图1O )，表明样品为MnP相的MnS纳米棒。实施例4MnP相的MnS纳米晶的光学性质图11是MnP相的MnS纳米立方块的吸收光谱。图中显示MnP相的MnS纳米立方块的能带间隙为3.0eV0图12是MnP相的MnS纳米棒的吸收光谱。图中显示MnP相的MnS纳米棒的能带间隙为2.75eV。这说明这些MnP相的MnS纳米晶可以潜在应用于太阳能电池 中。
权利要求
1.一种高压合成MnP相的MnS纳米晶材料的方法，以岩盐矿MnS纳米立方块为初始原料，在金刚石对顶砧中对初始原料加压至11.6 31GPa，制得MnP相的MnS纳米立方块。
2.根据权利要求1所述的高压合成MnP相的MnS纳米晶材料的方法，其特征是，最后将金刚石对顶砧泄压至常压，得到MnP相的MnS纳米立方块。
3.一种高压合成MnP相的MnS纳米晶材料的方法，以纤维锌矿MnS纳米棒为初始原料，在金刚石对顶砧中对初始原料加压至24.3 33GPa，制得MnP相的MnS纳米棒。
4.根据权利要求3所述的高压合成MnP相的MnS纳米晶材料的方法，其特征是，最后将金刚石对顶砧泄 压至常压，得到MnP相的MnS纳米棒。
全文摘要
本发明的高压合成MnP相的MnS纳米晶材料的方法属于纳米材料制备的技术领域。以岩盐矿MnS纳米立方块或纤维锌矿MnS纳米棒为初始原料，在金刚石对顶砧中对初始原料加压至11.6～31GPa或24.3～33GPa，得到MnP相的MnS纳米立方块或MnP相的MnS纳米棒。将金刚石对顶砧泄压至常压，仍可以得到MnP相的MnS纳米晶材料。本发明方法得到的产物具有稳定的MnP相结构，相纯度很高，粒径分布均匀、结晶性好，产物具有很好的光学性质，能潜力地应用在光学、太阳能等领域；并且具有过程简单、室温合成、合成时间短、可重复性高等优点。
文档编号B82Y30/00GK103224254SQ20131012002
公开日2013年7月31日 申请日期2013年4月8日 优先权日2013年4月8日
发明者邹勃, 杨新一 申请人:吉林大学