专利名称：无模板电化学沉积制备Te纳米棒阵列的方法
技术领域：
本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及无模板电化学沉积大面积制备Te 纳米棒阵列的方法。
背景技术：
近年来，半导体一维纳米结构材料表现出优异的物理和化学性质，在电子器件中 具有很好的应用前景。要想将半导体一维纳米结构材料集成到器件中，需要能够大量制备 出具有有序排列的一维纳米结构阵列材料。在过去的二十年里，人们通过大量努力，发现了 一些制备半导体一维纳米结构有序阵列的方法。最常用的方法是在传统材料制备过程中， 通过引入所谓的“模板”来限定材料的生长空间和方向，从而得到有序排列的一维纳米结构 阵列材料。然而，“模板”的使用导致了材料的生长过程较为复杂，所得到的有序排列的一维 纳米结构阵列材料在制备、清洗及模板的去除过程中可能会遭到破坏。因此，一些不需要模 板辅助的方法也逐渐被开发出来，应用于一维纳米结构阵列的制备，如外延生长、催化剂辅 助生长、金属辅助化学刻蚀法、溶液法等。近年来，人们发现无模板电化学沉积也是一种有 效的制备半导体一维纳米结构阵列的方法。但是，目前无模板电化学沉积法还仅限于制备 ZnO和CdSe的纳米棒、纳米管和纳米线阵列。Te是一种重要的窄带隙(Eg = 0.35eV)半导体材料，具有许多有趣和有用的性质， 并在电子和光电子器件中的应用表现出良好的应用前景，因而引起了人们的极大的研究兴 趣。近年来，Te纳米材料，尤其是Te—维纳米结构材料，包括纳米线、纳米棒、纳米管和纳 米带得到了大量的研究，发展了多种制备Te —维纳米结构的方法。此前，我们发明了一种 由无模板电化学沉积制备Te纳米结构的方法(中国专利ZL200810100983. 0)。但是，在该 方法中，所得的Te纳米结构杂乱分布，在基底上附着不牢固，导致了产物的形貌多样化，而 且也不利于后续在器件中的应用。本发明中，我们提出了一种在导电基底上大面积制备Te 纳米棒阵列的方法，所得的纳米棒阵列与基底之间可以牢固附着。
发明内容
本发明的目的是提供一种无模板电化学沉积制备Te纳米棒阵列的方法。本发明的无模板电化学沉积制备Te纳米棒阵列的方法是以Te的化合物和氨水为 主要原料，具体包括以下步骤1)电解质溶液的配制室温下将Te的化合物、氨水和去离子水混合，搅拌使Te的 化合物充分溶解，得到透明澄清的电解质溶液，将电解质溶液倒入电解池中；2)恒电位电化学沉积电沉积过程在有工作电极、对电极和参比电极的标准三电 极体系中进行，用水浴维持步骤1)电解质溶液的温度为23 85°C，通过电化学分析仪给电 解池中的工作电极施加相对于参比电极为-0. 6 -1. 2V的电位进行反应，在工作电极上得 到Te纳米棒阵列。所述的无模板电化学沉积得到的Te纳米棒为三角结构单晶，沿W01]晶向生长。
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所述的电解质溶液中Te的化合物的浓度为2. 5 20mM ；所述的电解质溶液中氨 水的浓度为0. 536 2M。所述的Te的化合物为Te02、Na2TeO3或K2Te03。步骤2)所述的反应时间是5 50分钟。本发明以Pt片和饱和甘汞电极(SCE)分别作为对电极和参比电极，以导电玻璃 (ΙΤ0玻璃)或镀Au玻璃作为工作电极。本发明以Te的化合物和氨水为主要原料，室温下配制成水溶液。电沉积过程在标 准三电极体系中进行，通过水浴维持反应体系恒定温度，给工作电极施加一定的电压，反应 一定时间后即可在工作电极上得到Te纳米棒阵列。本发明的工艺决定了所得的纳米棒阵 列与基底之间可以牢固附着。
图1.本发明实施例1 8方法制备的Te纳米棒阵列的SEM照片。图2.本发明实施例2方法制备的Te纳米棒阵列的XRD图谱。图3.本发明实施例2方法制备的Te纳米棒阵列的HRTEM照片。
具体实施例方式实施例1.在容器中加入适量的TeO2、氨水和去离子水，使溶液中TeO2的浓度为20mM，氨水 的浓度为0. 536M。搅拌使TeO2完全溶解，得到透明澄清的电解质溶液，将电解质溶液倒入 电解池中。以Pt片和饱和甘汞电极(SCE)分别作对电极和参比电极，以ITO玻璃为工作电 极。用水浴给反应体系加热，维持反应体系温度为85°C。通过电化学分析仪给工作电极施 加相对于参比电极为-0. 8V的电位，反应10分钟，在工作电极上得到灰黑色薄膜，即为产物 Te纳米棒阵列。所得Te纳米棒阵列的形貌如图Ia的SEM照片所示，Te纳米棒为三角结构 单晶，沿W01]晶向生长，纳米棒的直径为80 150nm，长度为600nm左右。实施例2.在容器中加入适量的TeO2、氨水和去离子水，使溶液中TeO2的浓度为10mM，氨水 的浓度为0. 536M。搅拌使TeO2完全溶解，得到透明澄清的电解质溶液，将电解质溶液倒入 电解池中。以Pt片和饱和甘汞电极(SCE)分别作对电极和参比电极，以ITO玻璃为工作电 极。用水浴给反应体系加热，维持反应体系温度为65°C。通过电化学分析仪给工作电极施 加相对于参比电极为-0. 7V的电位，反应5分钟，在工作电极上得到灰黑色薄膜，即为产物 Te纳米棒阵列。所得Te纳米棒阵列的形貌如图Ib的SEM照片所示，Te纳米棒为三角结构 单晶，沿W01]晶向生长，纳米棒的直径为50 lOOnm，长度为500nm左右；Te纳米棒阵列 的XRD图谱如图2所示；HRTEM照片如图3所示。实施例3.在容器中加入适量的TeO2、氨水和去离子水，使溶液中TeO2的浓度为2. 5mM,氨水 的浓度为0. 536M。搅拌使TeO2完全溶解，得到透明澄清的电解质溶液，将电解质溶液倒入 电解池中。以Pt片和饱和甘汞电极(SCE)分别作对电极和参比电极，以ITO玻璃为工作电 极。用水浴给反应体系加热，维持反应体系温度为85°C。通过电化学分析仪给工作电极施
4加相对于参比电极为-0. 8V的电位，反应10分钟，在工作电极上得到灰黑色薄膜，即为产物 Te纳米棒阵列。所得Te纳米棒阵列的形貌如图Ic的SEM照片所示，Te纳米棒为三角结构 单晶，沿W01]晶向生长，纳米棒的直径为10 50nm，长度为200nm左右。实施例4.在容器中加入适量的TeO2、氨水和去离子水，使溶液中TeO2的浓度为10mM，氨水的 浓度为2M。搅拌使TeO2完全溶解，得到透明澄清的电解质溶液，将电解质溶液倒入电解池 中。以Pt片和饱和甘汞电极(SCE)分别作对电极和参比电极，以ITO玻璃为工作电极。用 水浴给反应体系加热，维持反应体系温度为85°C。通过电化学分析仪给工作电极施加相对 于参比电极为-0. 9V的电位，反应10分钟，在工作电极上得到灰黑色薄膜，即为产物Te纳 米棒阵列。所得Te纳米棒阵列的形貌如图Id的SEM照片所示，Te纳米棒为三角结构单晶， 沿W01]晶向生长，纳米棒的直径为60 90nm，长度为600nm左右。实施例5.在容器中加入适量的Na2TeO3、氨水和去离子水，使溶液中Na2TeO3的浓度为10mM， 氨水的浓度为0. 536M。搅拌使Na2TeO3完全溶解，得到透明澄清的电解质溶液，将电解质溶 液倒入电解池中。以Pt片和饱和甘汞电极(SCE)分别作对电极和参比电极，以ITO玻璃为 工作电极。用水浴给反应体系加热，维持反应体系温度为85°C。通过电化学分析仪给工作 电极施加相对于参比电极为-1. 2V的电位，反应10分钟，在工作电极上得到灰黑色薄膜，即 为产物Te纳米棒阵列。所得Te纳米棒阵列的形貌如图Ie的SEM照片所示，Te纳米棒为 三角结构单晶，沿W01]晶向生长，纳米棒的直径为100 300nm，长度为600nm左右。实施例6.在容器中加入适量的Na2TeO3、氨水和去离子水，使溶液中Na2TeO3的浓度为10mM， 氨水的浓度为0. 536M。搅拌使Na2TeO3完全溶解，得到透明澄清的电解质溶液，将电解质溶 液倒入电解池中。以Pt片和饱和甘汞电极(SCE)分别作对电极和参比电极，以ITO玻璃为 工作电极。用水浴给反应体系加热，维持反应体系温度为85°C。通过电化学分析仪给工作 电极施加相对于参比电极为-0. 8V的电位，反应50分钟，在工作电极上得到灰黑色薄膜，即 为产物Te纳米棒阵列。所得Te纳米棒阵列的形貌如图If的SEM照片所示，Te纳米棒为 三角结构单晶，沿W01]晶向生长，纳米棒的直径为150 400nm，长度为2000nm左右。实施例7.在容器中加入适量的K2TeO3、氨水和去离子水，使溶液中K2TeO3的浓度为10mM，氨 水的浓度为0. 536M。搅拌使K2TeO3完全溶解，得到透明澄清的电解质溶液，将电解质溶液 倒入电解池中。以Pt片和饱和甘汞电极(SCE)分别作对电极和参比电极，以ITO玻璃为工 作电极。用水浴给反应体系加热，维持反应体系温度为23°C。通过电化学分析仪给工作电 极施加相对于参比电极为-0. 8V的电位，反应10分钟，在工作电极上得到灰黑色薄膜，即为 产物Te纳米棒阵列。所得Te纳米棒阵列的形貌如图Ig的SEM照片所示，Te纳米棒为三 角结构单晶，沿
晶向生长，纳米棒的直径为80 150nm，长度为500nm左右。实施例8.在容器中加入适量的K2TeO3、氨水和去离子水，使溶液中K2TeO3的浓度为10mM，氨 水的浓度为0. 536M。搅拌使K2TeO3完全溶解，得到透明澄清的电解质溶液，将电解质溶液 倒入电解池中。以Pt片和饱和甘汞电极(SCE)分别作对电极和参比电极，以镀金玻璃为工作电极。用水浴给反应体系加热，维持反应体系温度为85°C。通过电化学分析仪给工作电 极施加相对于参比电极为-0. 6V的电位，反应10分钟，在工作电极上得到灰黑色薄膜，即为 产物Te纳米棒阵列。所得Te纳米棒阵列的形貌如图Ih的SEM照片所示，Te纳米棒为三 角结构单晶，沿
晶向生长，纳米棒的直径为20 50nm，长度为300nm左右。
权利要求
一种无模板电化学沉积制备Te纳米棒阵列的方法，其特征是，该方法包括以下步骤1)电解质溶液的配制室温下将Te的化合物、氨水和去离子水混合，搅拌使Te的化合物充分溶解，得到电解质溶液，将电解质溶液倒入电解池中；2)恒电位电化学沉积电沉积过程在有工作电极、对电极和参比电极的标准三电极体系中进行，用水浴维持步骤1)电解质溶液的温度为23～85℃，给电解池中的工作电极施加相对于参比电极为 0.6～ 1.2V的电位进行反应，在工作电极上得到Te纳米棒阵列。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的无模板电化学沉积得到的Te纳米棒 为三角结构单晶，沿W01]晶向生长。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的电解质溶液中Te的化合物的浓度为 2. 5 20mM。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是所述的Te的化合物为Te02、Na2Te03或 K2TeO30
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的电解质溶液中氨水的浓度为 0. 536 2M。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤2)所述的反应时间是5 50分钟。
全文摘要
本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及无模板电化学沉积大面积制备Te纳米棒阵列的方法。本发明以Te的化合物和氨水为主要原料，室温下配制成水溶液。电化学沉积过程在标准三电极体系中进行，通过水浴维持反应体系恒定温度，给工作电极施加一定的电压，反应一定时间后即可在工作电极上得到Te纳米棒阵列。本发明的Te纳米棒为三角结构单晶，沿
晶向生长。
文档编号C30B29/62GK101928971SQ20101027535
公开日2010年12月29日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者佘广为, 师文生, 李述汤 申请人:中国科学院理化技术研究所