[发明专利]氧化锌和硫化锌纳米带复合异质结材料和制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化锌纳米带材和制备方法，特别是涉及一种可弯曲的氧化锌纳米带和硫化锌纳米带复合异质结材料和制备方法。

背景技术

硫化锌呈白色，可用做制造白色颜料，也可用于制作荧光粉和光催化剂。硫化锌的熔点在1700±20℃，密度为4.102克/厘米³(25℃)。硫化锌不溶于水中，溶于盐酸但不溶于乙酸。分布最广的天然硫化锌是闪锌矿型。含有微量铜或银化合物的硫化锌晶体，能发射出不同的荧光颜色，可用于电视机、示波器和X射线器件。氧化锌俗称为锌白。呈白色粉末状，加热变黄。熔点在1975℃，密度为5.606克/厘米³。微溶于水，溶于酸时，形成相应的锌盐。氧化锌可用作白色涂料，还可用作复印机中的光导体、甲醇合成反应的催化剂、橡胶的增强剂和硫化活化剂等，此外，氧化锌还可用在医药中。

具有纤锌矿结构的氧化锌和硫化锌材料例如氧化锌、硫化锌、氮化镓等都拥有一个共同的特征，那就是阴、阳离子极性面的存在。这种极性面有两个独有的特征：一个是极性电荷诱导、最小能量决定的特殊纳米结构的形成；另一个是阳离子面在纳米结构生长过程中的自催化特性。第一个特性导致了氧化锌纳米环、纳米弹簧和纳米螺旋的出现，而第二个特性则诱导了单边氧化锌纳米梳结构的形成。这些特殊的纳米结构一般仅在单一组分的材料中被获得。

具有纤锌矿六方结构的氧化锌是由许多Zn²⁺和O^2-离子各自构成的晶面沿c-轴方向交替排列而成的。每个Zn²⁺离子由四个O^2-离子配位，反之亦然。带有正电荷的(0001)-Zn面和带有负电荷的(0001)-O面形成了一个沿c-轴方向的偶极距和自发极化方向。当以{0001}面为主的氧化锌纳米带的厚度薄于～20nm时，源于极性电荷的静电相互作用能强得足以克服纳米带弯曲所引起的弹性形变能，以致于整个氧化锌纳米带发生卷曲。这就是氧化锌纳米弹簧、纳米环、纳米螺旋和纳米弓形成的主要原因。例如，以前的工作中所报道的氧化锌纳米弹簧。弹簧的内表面不是Zn²⁺离子面，就是O^2-离子面。形成这样一个氧化锌纳米弹簧的主要驱动力就是静电相互作用。因为，Zn面和O面的表面张力的差异非常小，所以，它对纳米弹簧的形成几乎没有多少贡献(X.Y.Kong，Y.Ding，R.Yang，Z.L.Wang，Science，Vol.303，1348，(2004).)。

发明内容

本发明的目的在于：为了克服现有技术制备单一组分纳米带结构的不足；从而提供一种利用化学气相沉积技术，通过选择硫化锌和石墨粉混合物为蒸发源材料制备一种可弯曲的氧化锌纳米带和硫化锌纳米带复合异质结材料，该材料将具有两种宽带纳米材料的发光特性；

本发明的目的之二：提供一种应用真空石英管式炉，采用纯硫化锌和石墨粉混合物为蒸发源材料，通过直接真空加热，将硫化锌气化、部分氧化来制备弯曲的氧化锌纳米带和硫化锌纳米带复合异质结材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的氧化锌纳米带和硫化锌纳米带复合异质结材料，包括一氧化锌纳米带底层和生长在所述的氧化锌纳米带底层上的硫化锌纳米带层；其特征在于，还包括由纳米氧化锌形成的一根一根梳齿，所述的梳齿是一根一根地生长在所述的氧化锌纳米带底层的(0001)-Zn面上，并且穿过和露出所述的硫化锌纳米带层外，该梳齿生长方向为[0001]方向；

所述的氧化锌纳米带底面为带负电荷的-(0001)-O面，顶面为带正电荷的(0001)-Zn面，侧面为{2110}类型晶面，生长前端为[0110]方向；

所述的硫化锌纳米带的顶面和底面分别为带正电荷的(0001)-Zn面和带负电荷的-(0001)-S面，侧面为{2110}类型晶面，生长前端为[0110]方向；具体形貌和结构示意图见图1a、图1b、图1c、图1d、图1e和图1f。

在上述的技术方案中，所述的氧化锌纳米带底层厚度为40-200纳米。

在上述的技术方案中，所述的梳齿的齿高度在40-300纳米、齿宽范围在40-300纳米，齿与齿之间的间距范围在10纳米-10微米。

在上述的技术方案中，所述的硫化锌纳米带层厚度为10-200纳米。

在上述的技术方案中，所述的硫化锌/氧化锌复合纳米带为直带状、圆弧状或圆环状。

本发明所提供的一种氧化锌纳米带/硫化锌纳米带复合异质结材料的制备方法，包括以下步骤：