专利名称：一种生长ZnTe六次对称多分枝分级纳米结构的方法
专利说明本发明属于纳米结构生长领域，是一种在催化剂辅助下用真空热蒸发法生长ZnTe 六次对称多分枝分级纳米结构的方法。
背景技术：
ZnTe是一种宽带隙直接禁带II _ VI族半导体材料(闪锌矿结构300K下带隙宽度 为2. 28eV)，其光学性能使它在电子和光电光电器件方面有十分重要的应用前景。近年来研 究表明通过对ZnTe的微观形貌的控制，如控制生长纳米线、纳米带、纳米阵列ZnTe等，由于 微观尺寸效应可能导致其具有不同于块体材料的特性，从而获得更广泛的应用前景。目前已有多种制备纳米结构ZnTe的方法如化学气相沉积法、脉冲电化学沉积 法、分子束外延法、溶剂热法等。已制备出的ZnTe纳米结构有纳米线，纳米带，纳米阵列，纳 米棒，纳米点，纳米花等。如Meng Qingfang等人以Au作催化剂，用氢辅助化学气相沉积的方法制备出纤 锌矿结构的ZnTe纳米线和纳米带，参阅J. Crys. Growth2008年第7卷第111页；GuoYijun 等人以Zn粉和Te粉为源用化学气相沉积的方法在硅衬底上生长出ZnTe纳米线，参阅 J. Phys. Chem. C 2008年第112卷第20307-20311页；Li Guanghai等人用脉冲电化学沉 积法制备出ZnTe纳米线阵列，参阅J. Phys. Chem. B 2005年第109期第12394-12398页； E. Janik等人用分子束外延的方法以金作为催化剂在GaAs(OOl)衬底上生长出ZnTe纳米 线阵列，参阅Appl. Phys. Lett. 2006年第89期第133114页；Sang Hyun Lee等用溶剂热方 法制备出ZnTe纳米点，纳米花，纳米棒，参阅Chem. Mater. 2007年第19期第4670-4675页； Ken-Tye Yong等用溶剂热法制备出纳米线，参阅Chem. Mater. 2007年第19期第4108-4110 页。最近，制备出具有复杂形貌的纳米结构成为关注的焦点之一，这是因为纳米材料 的性质不仅依赖于其物相和尺寸，而且在很大程度上依赖于样品的形貌。复杂形貌的纳 米结构可能具有更加优越的性能。鉴于此，已经制备出有很多具有复杂形貌的纳米结构， 如WangZhiqiang等人用两步化学气相沉积法制备出六次对称的ZnO纳米结构阵列，参阅 Crys. Grow&Design 2010 年第 10 卷第 2455-2459 页；Wu Yue, Zhang Gengmin 等人用化 学气相沉积法以Zn和ZnO粉末为源制备了六次对称的分级ZnO纳米结构，参阅Crystal Growth&Design 2008年第8卷第2646-2651页；Chi-Yun Kuan等人用直接退火的过程制备 了六次对称分级Zn/ZnO纳米结构，参阅Crystal Growth&Design 2009年第9卷第813-819 页；Zhang Fan等人用化学气相沉积法以A1C13和NH3为源制备了六次对称的分级纳米结 构，参阅J. Phys. Chem. C 2009年第113期第4053-4058页；Zhu Luping等人用水热法制备 了三维Co花状纳米结构，参阅Crystal Growth&Design 2008年第8卷第1113-1118页。综上所述可以看出，ZnTe纳米结构的制备主要为纳米带，纳米线等简单形貌的纳 米结构，一些复杂形貌的纳米结构主要为ZnO等体系，至今没有制备ZnTe六次对称的多分 枝分级纳米结构的报道，也没有用真空热蒸发法制备ZnTe纳米结构的相关报道。这种方法操作简单，沉积速率高、利于大面积制备样品、成本低、无环境污染、在工业化生产应用方面 有很大的潜力
发明内容
本发明的目的在于提供一种催化剂辅助下真空热蒸发法生长ZnTe六次对称多分 枝分级纳米结构的方法。本发明是通过以下工艺过程实现的将金属Bi为催化剂与高纯ZnTe粉(99. 99% )按摩尔比为1 0. 05-1 0. 09 的比例均勻混合置于钼片制成的电阻加热舟中做蒸发源(加热舟固定于真空蒸发炉内的 铜电极上)，在蒸发源上方0. 5厘米至2. 0厘米处放置ITO玻璃衬底，当蒸发炉内背景真空 度达到2X10-2-5X10_3Pa(优选背景真空度为I(T3Pa)后加电流开始蒸发，最大沉积电流为 120A-130A，沉积时间为5分钟-15分钟，最终在衬底上得到的黑红色沉积物，即为ZnTe六 次对称的多分枝分级纳米结构。所述ZnTe纳米结构六次对称的多分枝纳米结构，共形成四次分支。形成的每个 花状结构的直径为40 μ m，形成的分支的直径约为lOOnm。所述衬底为ITO玻璃。所述真空蒸发炉为电阻式加热炉，加热器为钼舟，优选蒸发源直接放置于钼舟加 热器上。本发明制备出的ZnTe六次对称的多分枝分级纳米结构为立方相ZnTe，其XRD谱如 图1所示，其表面形貌如图2 图9所示，EDS图如图10所示。本发明以Bi与ZnTe粉的 混合物为原料，制备出新颖的ZnTe六次对称的多分枝分级纳米结构。同时，本发明方法简 单，易于推广。
图1为实施例1产品的XRD图谱， 表示产物ZnTe的衍射峰，■表示催化剂Bi的 衍射峰。图2，图3为实施例1产品的扫描电镜图片。图4 图7为实施例2产品的扫描电镜图片。图8，图9为实施例3产品的扫描电镜图片。图10为实施例2产品的能量色散显微分析谱。
具体实施例方式实施例1采用高纯ZnTe粉(99. 99% )为原料，高纯Bi粉(99. 999% )为催化剂，两者按 Imol 0.05mol均勻混合后，将粉末放置于钼舟加热器之上，ITO玻璃作为衬底置于蒸发源 上方约1. Icm处，密闭蒸发腔体，当真空度达到7X 10_3Pa后，以3. 3A/min的电流增加速率 使电流逐渐增加至120A后保持10分钟。在衬底表面有黑红色沉积物。X射线衍射分析结 果表明产品的主相为立方ZnTe，如图1。扫描电镜图显示衬底沉积物的表面形貌为旋转的 六次对称的多分枝纳米结构，如图2和图3。
实施例2采用高纯ZnTe粉(99. 99% )为原料，高纯Bi粉(99. 999% )为催化剂，两者按 Imol 0.05mol均勻混合后，将粉末放置于钼舟加热器之上，ITO玻璃作为衬底置于 蒸发源 上方约1. 2cm处，密闭蒸发腔体，当真空度达到7X 10_3Pa后，以3. 3A/min的电流增加速率 使电流逐渐增加至120A后保持10分钟。在衬底表面有黑红色沉积物。扫描电镜图显示衬 底沉积物的表面形貌为旋转的六次对称的多分枝纳米结构，形成的单个风车状或雪花状结 构的直径为40 μ m,形成的二次，三次，四次分支的直径约为lOOnm，如图4 图7。能量色散 显微分析(EDS)表明样品的主要成分为Zn和Te，且计量比接近1 1，其中少量的Bi和O 分别来自催化剂和杂质污染，如图10。实施例3采用高纯ZnTe粉末(99. 99% )为原料，高纯Bi粉(99. 999% )为催化剂，两者按 Imol 0.06mol的比例均勻混合后，将粉末放置于钼舟加热器之上，ITO玻璃作为衬底置于 蒸发源上方约1. Ocm处。密闭蒸发腔体，当真空度达到8X 10_3Pa后，以3. 3A/min的电流增 加速率使电流逐渐增加至125A后保持10分钟。在衬底表面有黑红色沉积物。扫描电镜图 显示衬底沉积物的表面形貌为未旋转的六次对称的多分枝纳米结构，如图8和图9。
权利要求
一种催化剂辅助下真空热蒸发法生长ZnTe六次对称的多分枝分级纳米结构的方法，其特征在于通过以下工艺过程实现以1∶0.05 1∶0.09的摩尔比将ZnTe粉与金属铋粉均匀混合后置于以钼片做的电阻加热舟中，加热舟置于真空蒸发炉内，衬底置于蒸发源上方0.5厘米至2.0厘米处，腔体的真空度为2×10 2 5×10 3Pa，优选背景真空度为10 3Pa，沉积电流为120A 130A，电流最大时沉积5分钟 15分钟，在衬底上形成黑色或黑红色的沉积物，即为ZnTe六次对称多分枝分级纳米结构。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所用生长装置是真空蒸发炉。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂为金属铋粉。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所制得的产品为六次对称的ZnTe多分枝分 级纳米结构。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空蒸发炉的加热方式为电阻加热。
全文摘要
本发明公开了一种催化剂辅助下真空热蒸发法生长ZnTe六次对称多分枝分级纳米结构的方法，是通过以下工艺过程实现的将ZnTe粉和金属Bi粉按摩尔比为1∶0.05-1∶0.09的比例均匀混合作为原料，置于钼片为材料制成的电阻加热舟中，并在舟上方0.5厘米-1.5厘米处放置ITO玻璃衬底。密闭蒸发炉，当真空蒸发炉真空度达到3×10-2～6×10-3Pa，加热舟电流为120A-130A保持5-15分钟沉积，可得到ZnTe六次对称多分枝分级纳米结构。本发明制备出的碲化锌纳米线为立方相结构的ZnTe。本发明的特点是所得的碲化锌六次对称多分枝分级纳米结构形貌新颖，且制备方法简单，易于推广。
文档编号C30B23/00GK101967681SQ20101053202
公开日2011年2月9日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者吴 荣, 孙言飞, 李锦 , 杨林钰, 简基康, 马燕 申请人:新疆大学