[发明专利]模板电沉积法制备Ⅱ－Ⅵ族半导体纳米线的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种模板电沉积法制备II-VI族半导体纳米线的方法，特别是一种在多孔阳极氧化铝模板上电沉积法制备II-VI族半导体材料纳米线的方法。

背景技术：

纳米材料是指尺寸在10-100nm之间的团簇和亚微米体系，纳米材料与自然固体性能差别巨大，具有独特的效应，即小尺寸效应，表面界面效应，量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。纳米线为准一维材料，指直径处于纳米尺度10-100nm而长度可达微米量级的线性纳米材料。近年来，随着许多准一维材料如的碳纳米管、半导体和一些金属纳米线的合成，低维半导体材料制备成为了凝聚态物理研究的热点之一，而准一维纳米材料的纳米线和纳米管是可用于有效的电子输运和光学激发的最小维数结构，所以一维半导体纳米线阵列因其在微观理论研究中的重要性和在电子、光学和纳米机械装置中的广泛应用，日益成为当前纳米材料研究领域的热点。近年来，低维半导体纳米材料的研制工作获得了巨大的进展，但仍有许多问题需要继续深入研究，而在制备低维半导体材料纳米线阵列时，获得排列整齐、分布均匀且结晶度高的纳米线是该项研究的难点。目前，制备纳米线有多种方法，如物理法中的激光烧蚀法、气相蒸发冷凝法、电弧放电法等；化学法中的化学气相沉积法(CVD)，溶液反应法、碳纳米管限制反应、电化学模板法等。在多种方法中，模板直流电沉积合成法因其操作简单且成本低廉，得到了广泛的应用。在众多模板中，阳极氧化铝膜由于具有均一和近乎平行的纳米孔洞，从而成为了化学和电化学方法制备纳米线的首选模板，且在模板上的平行纳米孔洞可调，从而使电沉积法得到的半导体纳米线的尺寸可调。这些优点使阳极氧化铝模板电沉积法成为了制备纳米线应用最广泛的方法之一。

纳米材料研制中，II-VI族化合物半导体是半导体纳米线中研究得较多的材料，广泛用于太阳能电池、光电子和光致发光装置等方面的应用。而传统方法一般将过饱和的Se粉或Te粉高温溶解于二甲基亚砜(DMSO)中，将电解槽浸于油浴中，在高温下(185℃)直流电沉积。沉积结束后，再用在160℃的DMSO中清洗，乙醇清洗，然后空气中干燥，保存。这种制备方法条件苛刻，工艺复杂，而且所用的有机溶剂DMSO有价格昂贵，毒性大等缺点；另外一种通用的方法是在多孔阳极氧化铝模板上以交流电电沉积II-VI族化合物半导体纳米线，但交流电场连续变化，使得所制备的纳米线通常存在大量缺陷，结晶度差等缺点。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种模板电沉积法制备II-VI族半导体纳米线的方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模板电沉积法制备II-VI族半导体材料纳米线的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将S粉、Se粉或Te粉溶于HNO3溶液中，使形成的SO₃^2-、HSeO₂⁺或HTeO₂⁺离子的浓度为0.1～0.5M；

b.将可溶性镉盐或锌盐溶于去离子水中，配制成浓度为0.1～0.5M的溶液，并加入钠盐作为辅助电解质；

c.将上述步骤a和b配制的两种溶液混合，搅拌均匀，形成混合电解液，缓慢滴加0.5M HNO₃或HCl，H₂SO₄调节该混合电解液的PH值为1-2.5，搅拌10分钟，形成稳定的电解液溶液；其中SO₃^2-、HSeO₂⁺或HTeO₂⁺离子与镉离子或锌离子的摩尔比为：1∶100-1000；

d.以步骤c中制备的溶液为电解液，在三电极电化学工作站上，以多孔阳极氧化铝模板粘贴的导电玻璃接触为工作电极，钛电极作对电极，以饱和甘汞电极作参比电极，作循环伏安特性，扫描方向从-1V到0V，扫描步长为0.1V/S，建立电沉积时用电流-电压曲线以确定电沉积电位；

e.搅拌下，以步骤d中确定的电沉积电位进行电沉积，直至整个多孔阳极氧化铝模板变成黑色，即得到CdS、CdSe、CdTe或ZnSe半导体材料纳米线。