专利名称：ZrS<sub>3</sub>和ZrS<sub>2</sub>纳米带及其制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及三琉化锆和二琉化锆纳米带及其制法。具体地说，是用气相传输法在基
片上定向生长制备ZrS3和ZrS2纳米带。
背景技术：
近年来， 一维纳米材料因其具有独特的形貌，及其因为其量子效应而具有的特殊的 物理和化学性质而引起了科学界的广泛关注，因为它们无论是在基础科学研究还是在纳 米器械技术应用方面都具有极其重大的意义、[参见(a) Bawendi M G， Steigerwald M L and Brus L E 1990 Aw". C力e/77.41 477 (b) Alivisatos A P 1996 Sc/i /7ce 271 933.
(c) Weller H1993 4/^e脱C/w瓜/加fiX 32 41. (d) Duan X, Hua叩Y, Cui Y, Wang J and Ueber C M 2001 409 66. (e) Konvtyukhova N I and Mallouk T E 2002 C々e/77. f〃/: / 32
435.1。对于一维纳米材料的研究，人们已不局限于无序纳米材料的生产，而是试图使一 维纳米材料垂直于基片生长形成纳米阵列，已经被相继发现和报道的例子有碳纳米管 [参见Araki H, KatayamaT and Yoshino K 2001 "/s. Z故79 2636.1 、 SiC纳米锥[参 见Wu Z S, D印g S Z， Xu N S， Ch印J, Zhou J and Chen J 2002辆顺,Z故80 3829.、 Mo(Mo02和Mo03)纳米线参见Zhou vJ, Xu N S, Deng S Z, Chen J, She J C and Wa叩Z L 2003她嫩/: 15 1835.ZnO纳米线[参见:H咖g M H, Mao S,隨H, Yan H, Wu Y, Kind H， Weber E, Russo R and Yang P 2001 5i7/i 卿292 1897.]等都在作为场发射体的导电 基片上垂直生长。
Zi"S3是一诋维宽隙带半导体，晶体具有准一维结构，此材料的光学和电学性质被广泛研究，但到目前为止，关于ZrS3纳米晶体的研究就只有一篇文献报道。ZrS2也是低维 宽隙带半导体，金属层夹在两层类碟离子中间，金属处于八面体配位的模式。目前报道 的过度金属二类硫化台物有NbS2，TaS2,MoS2,TiS2，和WS2等。此外还有ZrSz的两种纳 米结构也被报道过，但他们都缺乏物理和化学性质的研究。这里，应用气相法在锆片上 生长ZrS3纳米线，在真空下ZrS3热解转化成Zi"S2纳米带，同时l!量了它们的场发射性质c
发明内容
本发明的目的是提供ZrS3和ZrS3纳米带及其制备方法。 本发明的技术方案如下
一种ZrS3纳米带,它为单斜晶系的、厚度为40-160nm、宽度为80-1500nm、长度
为几十微米的Zl"Sa纳米带。
—种ZrS2纳米带，它是上述的ZrS3纳米带在750-85ITC真空下热解得到的、为穴方 晶系的ZrS2纳米带，其形貌与大小几乎与ZrS3的一致，即厚度为40-160nm、宽度为80 -1500nm、长度为几十微米的ZrSs纳米带。
一种制备上述ZrS3纳米带的方法，它是将培片与琉粉放入石英管中，抽真空至内剰 压力100Pa以下，将石英管烧密封，把石英管放在水平放置的管状熔炉中,使样品置于 炉子的中河在500-700 °C下加热2-10小时，即在锆片表面生长出上述的单斜晶系的 ZrS3纳米带。
一种制备上述ZrS2纳米带的方法，它是将上述制备得到的生长了ZrS3纳米带的锆片 冷却至室溢后，再把它放入石英管的一端，抽真空至内剰压力10-2Pa以下，将石英管烧 密封后，将石英管放入管状熔炉中间，使放有锆片的石英管一端放在管状熔炉的中央， 石英管的另一端伸出管状熔炉外，在750-850。C下加热10-90分钟,锆片上的ZrS3纳米 带即热解成ZrS2纳米带。石英管的另一端伸出熔炉外是为了将分解形成的磉在这一端冷凝，防止硫返屈样品端。
上述的制备ZrS2纳米带的方法，为了防止在加热过程中空气进入石英管内，可以在 石英管外、炉管内通入氫气。
本发明的Zr&和ZrS2纳米带经XRD獮定，蜂的位置与强度都与文献值相匹配。因 为在锆片上反应，有锆蜂，但没有发现其它杂蜂，表明产品的纯度比较高。通过SEM 照片，纳米带厚度为40-160nm、宽度为80-1500nm。
从ZrS2的场发射可以看出ZrS2纳米带具有非常好的场发射性质(见图4),在真空微
电子器械方面及电极材料方面有很好的应用前景c
本发明的制备ZrS3和ZrS2纳米带的方法原料简单易得、条件简便易行，所得的纳米 带为纯的ZrS3和ZrS2纳米带。
图1为本发明的ZrS3(a)和ZrS2(b)纳米带的XRD图2为本发明的ZrS3纳米带的TEM照片(a)和相应的选区电子衍射和SEM照片(b); 图3为本发明的ZrS2纳米带的TEM照片(a)和相应的选区电子衍射和SEM照片(b); 图4为本发明的ZrS3(a)和ZrS"b)纳米带场发射图。
具体实施例方式
实施例1.ZrS2和ZrS3纳米带的翻备
A. 将锆片(83.6mg)与琉粉(88.5mg)密封在石英管((D6mmx10mm，ca.10-2pa)中，样 品放在石英管的一端。把石英管放在水平的放置的熔炉(furnacetube:O5cmx30cm)中, 使样品置于炉子的中间，在65(TC下加热10小时，冷却，即在锆片上形成了ZrS3纳米
带o
B. 将上述得到的ZrS3冷却至室溢后，再把它放入石英管一端抽真空后(①6 mmx26 mm，ca. 10—2Pa)密封，样品放人熔炉中间，石英管的另一端在距炉子的外端10 cm处，在炉管内通氩气，在82(TC下加热1.5小时。反应后冷却至室温把样品拿出。
本实施例制得的ZrS3和ZrS2纳米带经XRD澳定，Zr&纳米带为单斜晶系，ZrS2纳米
带为六方晶系，峰的位置与强度都与文献值相匹配(见图1)。因为生长在锆片上，有锆
蜂，但没有发现其它杂蜂，表明产品的纯度比较高。通过SEM照片澳得，纳米带厚度
为40-160nm、宽度为80 -1500nm (见图2和图3 )。
将制得的ZrS3和ZrS2纳米带进行场发射測定，结果见图4。
实施例2. ZrS3和ZrS2纳米带的S备
将锆片(83.6 mg)与碡粉(88.5 mg)密封在石英管(06 mm x10 mm, ca. 10-2 Pa)中，样品 放在石英管的一端。把石英管放在水平的放置的熔炉(furnacetube:①5cmx30cm)中,使 样品置于炉子的中间在50(TC下加热10小时。制备的其他条件同实施例1的A。同样 也得到尺寸和形态类似实施例1的ZrS3纳米带。
将得到的ZrS3纳米带如实施例1的B，但加热溢度改变为75(TC，其它条件不变， 得到得到尺寸和形态类似实施例1B的ZrS2纳米带。
实施例3.ZrS3和ZrS2纳米带的制备
将锆片(83.6 mg)与碟粉(88.5 mg)密封在石英管(06 mm x10 mm, ca. 10—2 Pa)中，样品 放在石英管的一端。把石英管放在水平的放置的熔炉(furnacetube:(D5cmx30cm)中，使 样品置于炉子的中间在550。G下加热10小时。制备的其他条件同实施例1的A。同样 也得到尺寸和形态类似实施例1A的产品。
将得到的ZrS3纳米带如实施例1的B,但加热温度改变为85(TG，加热10分钟，其 它条件不变，得到得到尺寸和形态类似实施例1B的ZrS2纳米带。
实施例4.ZrS3和ZrS2纳米带的a备
将锆片(83.6 mg)与琉粉(88.5 mg)密封在石英管(d>6 mm x10 mm， ca. 1 (T2 Pa)中，样品 放在石英管的一端。把石英管放在水平的放置的熔炉(furnacetube: O5cmx30cm)中,使样品置于炉子的中间在60(TC下加热8小时。制备的其他条件同实施例1A。同样也得 到尺寸和形态类似实施例A的产品。
将得到的ZrS3纳米带如实施例1的B，但加热溢度改变为820。C，加热50分钟，其 它条件不变，得到得到尺寸和形态类似实施例1B的ZrS2纳米带。
实施例5.ZrS3和ZrS2纳米带的制备
将锆片(83.6 mg)与碟粉(88.5 mg)密封在石英管(06 mm x10 mm, ca. 10-2Pa)中，样品 放在石英管的一端。把石英管放在水平的放置的熔炉(furnacetube:(D5cmx30cm)中,使 样品置于炉子的中间在700。C下加热2小时。制备的其他条件同实施例1A。同样也得 到尺寸和形态类似实施例A的产品。
将得到的ZrS3纳米带如实施例1的B,但加热温度改变为820。C,加热70分钟，其 它条件不变，得到得到尺寸和形态类似实施例1B的ZrS2纳米带。
实施例6.ZrS3和ZrS2纳米带的翻备
将锆片(83.6 mg)与瑰粉(88.5 mg)密封在石英管(①6 mm x10 mm, ca. 10—2Pa)中，样品 放在石英管的一端。把石英管放在水平的放置的熔炉(furnace tube: O5cmx30 cm)中,使 样品置于炉子的中间在65(TC下加热2小时。制备的其他条件同实施拥1。同样也得 到尺寸和形态类似实施例1A的产品。
将得到的ZrS3纳米带如实施例1的B，但加热温度改变为820。C，加热90分钟，其 它条件不变，得到得到尺寸和形态类似实施例1B的ZrS2纳米带。
实施例7.ZrSa和ZrS2纳米带的制备
将锆片(83.6 mg)与琉粉(88.5 mg)密封在石英管(0>6 mm x10 mm， ca. 10-2 Pa)中，样品 放在石英管的一端。把石英管放在水平的放置的熔炉(furnace tube: cP5cmx30 cm)中，使 样品置于炉子的中间在650 。C下加热5小时。制备的其他条件同实施例1。同样也得 到尺寸和形态类似实施例1A的产品.将得到的ZrS3纳米带如实施例1的B,但加热溢度改变为82(TC,加热50分钟，其 它条件不变，得到得到尺寸和形态类似实施例1B的ZrS2纳米带。
权利要求
1. 一种ZrS3纳米带，其特征是它为单斜晶系的、厚度为40-160nm、宽度为80 -1500nm、长度为几十微米的ZrS3纳米带。
2. —种ZrS2纳米带，其特征是它是权利要求1所述的ZrS3纳米带在真空热解得到 的、为穴方晶系的ZrS2纳米带,是厚度为40-160nm、宽度为80-1500nm、长度为几十 微米的ZrS2纳米带。
3. —种制备权利要求1所述的ZrS3纳米带的方法，其特征是它是将锆片与碡粉放 入石英管中，抽真空至内剰压力100Pa以下，将石英管烧密封，把石英管放在水平放置 的管状熔炉中，使样品置于炉子的中间在500-700 T下加热2-10小时，即在锆片表面 生长出上述的单斜晶系的ZrS3纳米带。
4. 一种制备权利要求2所述的ZrS2纳米带的方法，其特征是它是将权利要求3 制备得到的生长了ZrS3纳米带的锆片冷却至室温后，再把它放入石英管的一端，抽真空 至内剰压力10—2Pa以下，将石英管烧密封后，将石英管放入管状熔炉中间，使放有锆片 的石英管一端放在管状熔炉的中央，石英管的另一端伸出管状熔炉外，在750-85(TC下加热10-90分钟，锆片上的ZrS3纳米带即热解成ZrS2纳米带。
5. 根据权利要求4所述的射备ZrS2纳米带的方法，其特征是为了肪止在加热过程中空气进入石英管内，在石英管外、炉管内通入氮气。
全文摘要
ZrS<sub>3</sub>纳米带，它为单斜晶系的、厚度为40-160nm、宽度为80-1500nm、长度为几十微米的ZrS<sub>3</sub>纳米带。ZrS<sub>2</sub>纳米带是ZrS<sub>3</sub>纳米带真空热解得到的，它为六方晶系，形貌与大小几乎与ZrS<sub>3</sub>的一致。本发明公开了其制法。
文档编号C30B29/00GK101311381SQ20081001977
公开日2008年11月26日 申请日期2008年3月14日 优先权日2008年3月14日
发明者吴兴才, 张玉玲, 朱俊杰, 陶友荣 申请人:南京大学