ZnO/ZnS异质结构纳米锥阵列的制备方法技术

ZnO/ZnS异质结构纳米锥阵列的制备方法，涉及一种ZnO/ZnS异质结构纳米锥阵列的制备方法。是要解决现有特殊形貌结构的纳米材料的开启电场和阈值电场较高，导致场发射性能不理想的问题。方法：一、对单晶硅片进行清洗，然后在单晶硅片上溅射纳米金膜，作为硅衬底；二、将氧化锌粉末和硫化锌粉末混合作为源材料，锗粉作为催化剂，将源材料置于耐高温容器，并置于高温反应炉，将催化剂与硅衬底置于源材料下游；三、将高温反应炉密封，抽真空，通入惰性气体，加热，恒温，自然冷却至室温，停止通入惰性气体，取出硅衬底，获得黄白色粉末，即为纳米锥阵列。本发明专利技术纳米锥阵列具有极低的开启电场和极低的阈值电场。用于纳米材料领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种。
技术介绍
近年来，随着科技的发展，人们对真空微波放大器，平板显示器和X-射线源等高科技设备的需求日益增长，为了提高这些设备的商业应用价值，纳米材料的场发射性能的研究便引起了众多科学研究者的极大关注。但是，如何提高有限的场发射性能仍然是ー个挑战性的问题。一般来说，优化几何因素，构造新颖结构的纳米材料阵列，可以优化材料的场发射性能；另ー方面，场增强因子β是ー个非常重要的衡量场发射性能的特征參数，它涉及到材料的结构、形状、大小、结晶质量、比表面积。因此，设计、合成特定形貌和结构的纳米材料将会有望得到更加优异的场发射性能。到目前为止，已有许多报导证明了特殊形貌结构的纳米材料具有卓越的场发射性能，如分级的单晶β-SiC结构，ZnS四足树枝状异质 结构，Al4C3包裹的碳纳米线，六角対称的分级ZnO等等。但他们存在开启电场和阈值电场较高，导致场发射性能不理想的问题。因此，有目的性的设计、制备超优异性能的纳米材料，将满足生物工程、纳米器件、环境科学等前沿领域的发展要求，是目前纳米材料领域的研究热点，具有重要科学意义。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有特殊形貌结构的纳米材料的开启电场和阈值电场较高，导致场发射性能不理想的问题，提供。本专利技术，按以下步骤进行一、对单晶硅片进行清洗，然后在单晶硅片上溅射纳米金膜，作为硅衬底；ニ、将氧化锌粉末和硫化锌粉末按质量比为I 25 I混合，作为源材料，锗粉作为催化剂，将源材料、催化剂和硅衬底都放置在耐高温容器中，其中源材料置于耐高温容器的一端，并将此端置于高温反应炉的中心位置，将催化剂置于源材料下游，与源材料之间的距离为O. 06 O. 08m，将硅衬底置于源材料下游，与源材料之间的距离为O. 10 O. 20m ;三、将高温反应炉密封，抽真空，当高温反应炉内真空度低于IOPa时，通入惰性气体，气体流速为30 180sccm，高温反应炉压强达到IO2 IO3Pa时，加热高温反应炉至温度为1100 1380°C，并在此温度下恒温15 40分钟，然后使高温反应炉自然冷却至室温，停止通入惰性气体，打开高温反应炉，取出硅衬底，获得黄白色粉末，即为ZnO/ZnS异质结构纳米锥阵列；其中步骤ニ中催化剂与源材料的质量比I 10. 4 50。本专利技术所制备的ZnO/ZnS异质结构纳米锥阵列，经过扫描电子显微镜和透射电子显微镜鉴定，形貌特征为(I)纳米锥阵列垂直地外延生长在纳米薄片两侧，形貌新颖独特，比表面积大；(2) ZnO/ZnS薄片厚度为100 300nm,面积约为8 10 μ m2 ; (3)纳米锥长度为600 800nm，锥底部直径为80_120nm，尖端直径为15_20nm ； (4)纳米锥为ZnO/ZnS异质结构，异质结界面平行于纳米锥生长方向；(5)异质结界面晶格匹配，无缺陷。本专利技术制备的ZnO/ZnS异质结构纳米锥阵列具有极低的开启电场O. 02ν/μπι和极低的阈值电场O. 6V/ μ m,且在O. 76V/ μ m的电场下其场发射电流密度高达I. 92mA/cm2,通过Fowler-Nordheim(FN)理论公式计算出其增强因子约高达5. 6 X 104。这种超乎寻■常的优越场发射性能源于其独特的异质结构特征及形貌特征，也使其在未来的平板显示器和高亮度电子源的应用方面显现出极大的潜力。附图说明 图I为对比实验无锗粉作为催化剂制备的样品的扫描电子显微镜(SEM)照片；图2为具体实施方式十一制备的样品的SEM照片；图3为具体实施方式十一制备的样品的单片俯视SEM照片；图4为具体实施方式十一制备的样品的单片截面SEM照片；图5为具体实施方式十一制备的样品的XRD图像；图6为具体实施方式十一制备的样品的透射电子显微镜(HRTEM)照片；图7为图6方框部分的放大图；图8为具体实施方式十一制备的样品的J-E曲线关系图；图9为具体实施方式十一制备的样品的F-N曲线图。具体实施例方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一本实施方式，按以下步骤进行一、对单晶硅片进行清洗，然后在单晶硅片上溅射纳米金膜，作为硅衬底；ニ、将氧化锌粉末和硫化锌粉末按质量比为I 25 I混合，作为源材料，锗粉作为催化剂，将源材料、催化剂和硅衬底都放置在耐高温容器中，其中源材料置于耐高温容器的一端，并将此端置于高温反应炉的中心位置，将催化剂置于源材料下游，与源材料之间的距离为O. 06 O. 08m，将硅衬底置于源材料下游，与源材料之间的距离为O. 10 O. 20m ;三、将高温反应炉密封,抽真空，当高温反应炉内真空度低于IOPa时，通入惰性气体，气体流速为30 180SCCm，高温反应炉压强达到IO2 IO3Pa时，加热高温反应炉至温度为1100 1380°C，并在此温度下恒温15 40分钟，然后使高温反应炉自然冷却至室温，停止通入惰性气体，打开高温反应炉，取出硅衬底，获得黄白色粉末，即为ZnO/ZnS异质结构纳米锥阵列；其中步骤ニ中催化剂与源材料的质量比I : 10. 4 50。具体实施方式ニ 本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述单晶硅片是η型或P型。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一或ニ不同的是步骤一中对单晶硅片进行清洗的过程为先用丙酮超声清洗15min，然后用无水こ醇超声清洗15min，最后用去离子水超声清洗15min。其它与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤ニ中氧化锌粉末和硫化锌粉末的纯度均为99. 5%以上。其它与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤ニ所述耐高温容器为能够耐受1700°C以上高温的容器。其它与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤ニ中将氧化锌粉末和硫化锌粉末按质量比为I 2. 5 : I混合。其它与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤ニ中催化剂与源材料的质量比I : 35。其它与具体实施方式一至六之一相同。具体实施方式八本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤ニ中锗粉的纯度为99. 5%以上。其它与具体实施方式一至七之一相同。具体实施方式九本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤ニ中将催化剂置于源材料下游，与源材料之间的距离为O. 06m。其它与具体实施方式一至八之一相同。具体实施方式十本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤三中惰性气体为氩气或氮气。其它与具体实施方式一至九之一相同。具体实施方式i^一 本实施方式，按以下步骤进行一、选用纯度在99. 9%以上的η型单晶硅片，对单晶硅片进行清洗，清洗过程为先用丙酮超声清洗15min,然后用无水こ醇超声清洗15min,最后用去离子水超声清洗15min ;然后在单晶硅片上溅射纳米金膜，作为硅衬底；ニ、将O. 5g氧化锌粉末和O. 2g硫化锌粉末混合，作为源材料，O. 02g锗粉作为催化剂，将源材料、催化剂和硅衬底都放置在长度约为40cm的刚玉舟中，其中源材料置于刚玉舟的一端，并将此端置于高温管式炉的中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张喜田，陈美陆，温静，武立立，牟洪臣，
申请(专利权)人：哈尔滨师范大学，
类型：发明
国别省市：