[发明专利]硫化铋晶须的制备方法及制备得到的硫化铋晶须

说明书

技术领域：

本发明涉及化学合成领域，具体涉及硫化铋晶须的制备方法及产品。 

背景技术：

作为V-VI半导体化合物，硫化铋由于其良好的光电、光敏、红外特性及热电效应等受到广泛关注，在电子领域展现出崭新的应用前景。研究表明，随着材料维度的降低，量子尺寸效应、量子干涉效应、量子隧穿效应、库仑阻塞效应等对材料的光、电、磁、热、力学性能有着显著的影响。一维半导体材料在电子、光电子器件的制作中起到了互连和功能单元的作用，被广泛地应用于光电元器件，如制作发光二极管、室温场效应晶体管(FETs)、量子线/量子点激光器等。因此，制备一维半导体材料已成为半导体材料应用研究中的热点之一。1998年，Mater.Lett.第35卷116-119页上报道了采用乙醇作溶剂，溶剂热合成硫化铋微米棒，但该方法制备的产物粒径不均匀；此外，2007年，J.Cryst.Growth第306卷159-165页上报道了表面活性剂辅助的溶剂热法制备硫化铋纳米棒，然而这种方法需要添加有机溶剂。2008年初，发明人在Ceramics Internatioal第34卷249-251发表其先期研究成果文章，报道采用氢氧化钾(0.025M)作为矿化剂水热合成硫化铋棒状微晶，可以得到平均直径100～200nm，平均长度10um的硫化铋棒状微晶(照片参见图2c))，然而遗憾的是，由于产品对矿化剂用量非常敏感，制备过程中控制性较差，得到的产品形态均匀性稍差，不能得到大小和长度较为均一的硫化铋晶须。 

晶须(Whiskers)是一种纤维状单晶体，横断面近乎一致，内外结构高度完整，长径比一般在5～1000以上，直径通常在100nm～100μm之间；比较于传统硫化铋微晶，硫化铋晶须的发光性能更为突出，具有优良的力学性能、良好的相容性、优良的化学稳定性和再生性能，其特有的一维结构在电子、光电子器件的制作中起到了互连和功能单元的作用，被广泛的应用于光电元器件。目前，尚无制备硫化铋晶须的公开文献。 

发明内容：

本发明的目的在于提供一种硫化铋晶须的制备方法。该方法可以得到性能优异的硫化铋晶须。 

本发明以硫脲CS(NH₂)₂和硝酸铋为原料，以LiOH为矿化剂与蒸馏水构成水热前驱体；在200℃的范围内进行水热反应16h，合成得到的沉淀产物即为硫化铋晶须。

所述水热前驱体中的LiOH浓度为1.0～1.5M，优选为1.0M。 

具体的，硫化铋晶须制备方法主要步骤如下： 

1)制备水热前驱体：按摩尔比1∶2，将Bi(NO₃)₃·5H₂O和CS(NH₂)₂混合，按设定浓度加入LiOH固体和蒸馏水； 

2)水热反应：将水热前驱体在室温下搅拌1h后转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，装填容积占50％，然后进行水热反应； 

3)洗涤干燥：滤出沉淀物经蒸馏水洗涤和无水乙醇洗涤后，于70℃的真空干燥箱中干燥得目标产物硫化铋晶须。 

其中，所述步骤3)采用蒸馏水及无水乙醇洗涤：蒸馏水洗涤次数为3次，无水乙醇洗涤次数为3次。 

由上述制备方法能得到硫化铋晶须。 

所述硫化铋晶须，为平均直径为200～300nm、长度为20μm或以上的硫化铋晶须。最优选的，为分散均匀、平均直径约为250nm，长度约为20μm的硫化铋晶须。 

采用以上方案，本发明首次提出以LiOH作为矿化剂，水热法合成硫化铋晶须。通过控制反应温度和反应时间条件，调节矿化剂的浓度来实现结晶相组成和微观形貌的控制生长。采用1.0M LiOH作为矿化剂，在200℃温度下水热反应16h可制得分散均匀、平均直径约为250nm，长度约为20μm的硫化铋晶须。该方法矿化剂浓度和用量易于调控，通过水热合成过程获得的晶须均匀性好，产品形貌可控，适合应用于工业化生产。 

附图说明：

图1为在不同浓度LiOH矿化剂条件下，200℃、16h水热反应制备的Bi₂S₃样品的SEM图片：(a)0M(不加矿化剂)，(b)0.5M，(c)1.0M，和(d)1.5M。