专利名称：一种无催化剂辅助真空热蒸发制备SnS纳米片的方法
技术领域：
本发明属于纳米结构生长领域，是一种在无催化剂辅助下用真空热蒸发法生长SnS纳米片的方法。
背景技术：
SnS是一种IV-VI族半导体，其直接带隙宽为I. 2 I. 5eV，间接带隙宽为I. O
I.leV，非常接近太阳能电池的最佳禁带宽度I. 5eV，光学吸收系数大于IO4CnT1,在理论上其能量转换效率可达25%。随着经济社会的发展，能源日益成为制约人类社会发展的瓶颈问题，开发新能源，保护地球环境迫在眉梢，因此，大力发展太阳能技术，提高太阳能电池的转换效率具有举足轻重的意义。SnS是一种无污染、无毒材料，在地球上Sn和S的含量都极为丰富，符合大量制备太阳能电池的要求。制备新颖的SnS纳米结构，提高光电转换效率具有 重要意义。目前，关于SnS纳米结构的制备方法有很多气-固反应法(gas-solidreaction)、电化学沉积法(electrochemical deposition)、溶盐溶剂法(molten saltsolvent method)、气相输运法(vapor transport method)、湿化学法(wet chemicalroute)、化学气相沉积法(chemical vapor deposition)等。气-固反应法(gas-solid reaction):如2006年，Subhendu K等人以锡箔为源，用水和乙醇清洗并在100°C下加热20分钟后,浸入溴化十六烷基三甲铵的水溶液,再暴露于H2S气氛中12小时后，在锡箔表面生成了灰黑色的SnS纳米线。参阅Crystal Growth &Design 第 6 卷 2177-2181 页。电化学沉积法(electrochemicaldeposition):如 2009 年，G. H. Yue 等人以饱和甘汞电极作为参考电极，带有铝衬底的氧化铝模板作为工作电极，钼片作为对电极，保持溶液的温度为10°c，沉积5分钟后，用纯水对样品进行清洗，然后在自然条件下晾干，得到单晶 SnS 纳米线阵列。参阅 Nanoscale Research Letters 第 4 卷 359-363 页。溶盐溶剂法(moltensalt solvent method):如 2012 年，Hulin Zhang 等人将 6g的LiNO3和KNO3混合物置入25ml的反应釜中，再加入0. Immol SnCl2 · 2H20，0. Immol硫脲和5ml的水合肼，密封在200°C保持24小时，再在自然环境下冷却到室温。最后，将样品置入去离子水、乙醇中清洗，60°C晾晒2小时,得到了 SnS纳米带。参阅Journal of Alloysand Compounds 第 513 卷 1-5 页。气相输运法(vapor transport method):如2009年，M. Devika等人在高真空的条件下蒸发高纯的SnS粉末，通过控制生长温度、高度、生长时间、沉积速率获得SnS纳米晶。得出最佳的生长条件是T 150°C, h = 14cm, t lh, RD = 0. 2nm/s。参阅AppliedPhysics Letters 第 95 卷 261907-261909 页。湿化学法(wetchemical route):如 2011 年，S. Sohila 等人以 SnCl2. 2H20 和 Na2S分别为锡源和硫源，以乙二醇为溶剂，其中SnCl2. 2H20和Na2S的化学计量比为I : 3。在不添加任何其它表面活性剂的条件下，在80°C时，将SnCl2. 2H20溶液逐滴加入到Na2S溶液中，然后将反应后得到的颗粒用离心机分离并先后用乙二醇、酒精清洗，再在室温下晾干，得到产物为SnS纳米片。参阅Materials Letters第65卷1148-1150页。化学气相沉积法(chemicalvapor deposition):如 2012 年,G. H. Yue 等人利用催化剂辅助的化学气相沉积法，以SnS、S为源，镀有金纳米颗粒的ITO玻璃为衬底，在800°C下保持15分钟，同时通入高纯的Ar和H2,合成了 SnS纳米线。参阅Applied Physics A第106 卷 87-91 页。 除了以上这些方法，近距离真空热蒸发法也是一种常用的制备纳米结构的方法，并且真空热蒸发法是一种相对比较传统的方法，工艺简单、操作方便、沉积速率高、利于大面积制备产品、成本低、无环境污染，在工业生产上有很大潜力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无催化剂辅助的真空热蒸发生长SnS纳米片的方法。本发明是通过以下工艺过程实现的将S粉(99. 99% )与金属Sn屑(99. 99% )按Imol Imol的配比进行称量后，将S粉和Sn屑先后放置于钥片制成的电阻加热舟中作为蒸发源(加热舟固定于真空蒸发炉内的铜电极上)，在蒸发源上方O. 9厘米至I. I厘米处放置ITO玻璃作为衬底，当蒸发炉内真空度达到I. 8X 10_2Pa 2. OX 10_2Pa后，以3. 3A/min的速率增加电流，当蒸发电流达到130A左右，保持15分钟左右(全过程中钟罩通有循环冷却水)，最终在衬底上得到的灰黑色沉积物，即为SnS样品。与现有技术相比，本发明的特点在于实验方法简单、易操作、无催化剂辅助，形貌可控性好,成本低,产量大,对环境无危害，因此适合工业大规模生产。
图I、图5、图9分别为实施例1、2、3产品的XRD图谱，图中O表示产物SnS的衍射峰，·表示S的衍射峰。图2 4为实施例I样品不同放大倍数的扫描电子显微镜图片。图6 8为实施例2样品不同放大倍数的扫描电子显微镜图片。图10 11为实施例3样品不同放大倍数的扫描电子显微镜图片。
具体实施例方式实施例I采用高纯Sn屑("·"％)和高纯S粉("·"％)为原料，两者按Imol Imol配比称量后，将Sn屑放置于钥片制作的电阻加热舟中，再在其上放置S粉作为蒸发源，以ITO玻璃作为衬底置于蒸发源上方约I. Ocm处，密闭蒸发腔体，当真空度达到I. 8X 10_2Pa后，以
3.3A/min的速率增加电流，使电流逐渐增加至130A，保持15分钟(全过程中钟罩通有循环冷却水)，在衬底表面有灰黑色沉积物。如图I所示，为所得产物I的XRD图。结果显示所得产物为正交晶系的SnS，其衍射峰与H)F#79-2193卡片相符；从谱图还可以看出产物沿(112)方向择优生长。此外，还有S的衍射峰，来自于未反应的S粉。
如图2、图3、图4所示，所得产物I为纳米片，纳米片厚约80纳米。实施例2采用高纯Sn屑(99. 99% )和高纯S粉(99. 99% )为原料，两者按Imol Imol配比称量后，将S粉末放置于钥片制作的电阻加热舟中，再在其上放置Sn屑作为蒸发源，以ITO玻璃作为衬底置于蒸发源上方约O. 9cm处，密闭蒸发腔体，当真空度达到2. OX 10_2Pa后，以3. 3A/min的速率增加电流，使电流逐渐增加至130A，保持15分钟(全过程中钟罩通有循环冷却水)，在衬底表面有灰黑色沉积物。如图5所示，为所得产物2的XRD图。结果显示所得产物为正交晶系的SnS，其衍射峰与H)F#33-1375卡片相符；从谱图还可以看出产物沿(002)方向择优生长。此外，还有S的衍射峰，来自于未反应的S粉。 如图6、图7、图8所示，所得产物2为纳米片，纳米片厚约几十纳米。实施例3采用高纯Sn屑(99. 99% )和高纯S粉(99. 99% )为原料，两者按Imol Imol配比称量后，将S粉末放置于钥片制作的电阻加热舟中，再在其上放置Sn屑作为蒸发源，以ITO玻璃作为衬底置于蒸发源上方约I. Icm处，密闭蒸发腔体，当真空度达到2.0X10_2Pa，以3. 3A/min的速率增加电流，使电流逐渐增加至130A，保持15分钟(全过程中钟罩通有循环冷却水)，在衬底表面有灰黑色沉积物。如图9所示，为所得产物3的XRD图。结果显示所得产物为正交晶系的SnS，其衍射峰与H)F#33-1375卡片相符；从谱图还可以看出产物沿(101)方向择优生长。此外，还有S的衍射峰，来自于未反应的S粉。如图10、图11所示，所得产物3为纳米片，并相互交错连接呈“花”状结构，纳米片厚约几十纳米。
权利要求
1.本发明公开了一种无催化剂辅助真空热蒸发制备SnS纳米片的方法，其特征在于通过以下工艺过程实现按照I : I的摩尔比将S粉与金属Sn屑，先后置于以钥片做的电阻加热舟中作为蒸发源，加热舟置于真空蒸发炉内，ITO衬底置于蒸发源上方O. 9厘米至I. I厘米处，当蒸发炉内真空度达到I. 8X 10_2Pa 2. OX 10_2Pa，加热电流为130A时，保持15分钟，在衬底上形成的灰黑色沉积物，即为SnS纳米片。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，在制备SnS纳米片的过程中无任何催化剂辅助。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所制得的产品SnS纳米片形貌均一，产量大。
全文摘要
本发明公开了一种无催化剂辅助真空热蒸发制备SnS纳米片的方法，是通过以下工艺过程实现的将S粉和金属Sn屑按1mol∶1mol的比例配制，先后置于钼片制成的电阻加热舟中作为蒸发源，并在舟上方0.9厘米-1.1厘米处放置ITO玻璃衬底，密闭蒸发炉，当真空蒸发炉内真空度达到1.8×10-2Pa～2.0×10-2Pa，加热电流达到130A，保持15分钟，即可得到SnS纳米片。本发明的特点是所得的SnS纳米片形貌均一、产量大、无催化剂、制备方法简单、易于推广且适合大规模的工业生产。
文档编号H01L31/18GK102912300SQ201210439190
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月7日 优先权日2012年11月7日
发明者李锦 , 王胜丰, 简基康, 孙言飞, 吴 荣, 马燕 申请人:新疆大学