[发明专利]锰掺杂硫化锌微球的液相制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体纳米材料制备技术领域，具体涉及一种锰掺杂硫化锌微球的液相制备方法。

背景技术

半导体纳米材料以其独特的物理和化学性质成为目前材料领域的研究热点之一。ZnS，作为一种典型的11-VI族半导体材料，具有带隙宽、导电性好等特点，被广泛应用于平板显示器、红外检测器、光致发光器件、红外窗口、太阳能电池、传感器、激光器和光催化等方面。此外，人们在大量实验研究的基础上发现，用适当元素对ZnS进行掺杂活化，能使ZnS半导体材料具有与其处于微观状态或宏观物块时完全不同的光学性能，具有巨大的应用潜力。特别是稀土金属或者过渡金属元素掺杂的ZnS晶体发光材料，有望在制造电子或者光电子纳米器件方面发挥重要作用。其中，锰掺杂硫化锌作为一种橙色发光材料，发光效率高、化学稳定性强，可以用于阴极射线、X射线和发光传感器等实际应用领域，受到了人们的广泛研究和重视。

目前人们已采用脉冲激光沉积、热蒸发、分子束外延、微乳液、溶胶凝胶、化学气相沉积、模板等众多物理方法和化学方法制备出Mn掺杂ZnS纳米颗粒(Nag A,Chakraborty S,Sarma D D.J.Am.Chem.Soc.2008,130,10605-10611.)、纳米棒(Biswas S,Kar S,Chaudhuri S.J.Phys.Chem.B2005,109,17526-17530.)、纳米线(Brieler F J,Grundmann P,Froba M,et al.J.Am.Chem.Soc.2004,126,797-807.)、纳米带(Geng B Y,Zhang L D,Wang G Z,et al.Appl.Phys.Lett.2004,84,2157-2159.)等，常永勤等人在专利CN101254940A中采用化学气相沉积法制备出由纳米线和纳米带构成的Mn掺杂ZnS纳米结构材料产物。尽管通过上述合成路线已经制备了不同形貌的Mn掺杂ZnS纳米晶，但合成具有刺状的Mn掺杂ZnS微球还鲜有报道。此外大多数Mn掺杂ZnS纳米晶的合成方法，需要苛刻的反应条件，锰离子难掺杂，产物不易控制，不利于低成本规模化生产。因此，设计一种成本低，锰离子容易控制掺杂的ZnS微球的合成方法，仍然是我们所面临的一个挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种锰掺杂硫化锌微球的液相制备方法，锰离子容易掺杂，反应温和，原料廉价易得，产物容易控制。

本发明所述的锰掺杂硫化锌微球的液相制备方法，步骤如下：

（1）量取2-羟基乙胺和水配置成溶剂A，再称取锌源、锰源和硫源放入溶剂A中，搅拌溶解形成溶液B，随后在溶液B中加入结构诱导剂形成溶液C；

（2）将溶液C转移至Teflon内胆的反应釜中，密闭后置于烘箱内加热，自然冷却至室温，将产物分离，依次用蒸馏水和乙醇清洗，干燥后收集产物即得锰掺杂硫化锌微球。

步骤（1）中所述的2-羟基乙胺和水的体积比为1：2－12：1。

步骤（1）中所述的锌源为乙酸锌、硝酸锌或硫酸锌中的一种，锰源为乙酸锰、硝酸锰或硫酸锰中的一种，硫源为硫脲。

步骤（1）中所述锌源在溶液C中的浓度为0.0125－0.1mol/L。

步骤（1）中所述的锌源和硫源的摩尔比为1：1.5－1：3。

步骤（1）中所述的锰源中Mn的掺杂质量为锌源和锰源总质量的0.1－10at.%。

步骤（1）中所述的结构诱导剂为乙二胺，结构诱导剂与2-羟基乙胺的体积比为1：1－1：36。

步骤（1）中所述的搅拌时间为2－8分钟。

步骤（2）中所述的加热温度为150－200℃，加热时间为12－30h。

步骤（2）中所述的蒸馏水清洗次数为2－6次，乙醇清洗次数为2－6次。

步骤（2）中所述的干燥温度为40－80℃，干燥时间为4－12h。

本发明所述的锰掺杂硫化锌微球的液相制备方法，优选步骤如下：

（1）量取2-羟基乙胺和水配制成体积比为1：2－12：1的溶剂A，称取乙酸锌和硫脲，其中乙酸锌与硫脲的摩尔比为1：1.5－1：3，按锰掺杂质量为锌源和锰源总质量的0.1－10at.%称取乙酸锰，将此三种反应物加入溶剂A，搅拌2－8分钟溶解形成溶液B，量取乙二胺加入溶液B，搅拌均匀形成溶液C；