專利名稱：高壓合成MnP相的MnS納米晶材料的方法
技術領域：
本發明屬于納米材料制備的技術領域,特別涉及一種制備MnP相的MnS納米晶的方法。
背景技術：
作為一種重要的P型磁性半導體材料，MnS展現各種重要的磁學、光學、電子輸運性質。它潛在應用于太陽能電池、稀磁半導體材料、磁-光納米器件、光催化和短波光電子器件。特別是，MnS是一個反鐵磁性半導體材料，它具有有趣的磁性排列。在薄膜超晶格中，這種磁性排列能夠通過控制維度和厚度來調節。由于具有廣泛的應用潛力，新晶體結構的MnS納米晶的合成和性質研究吸引著人們廣泛的研究興趣。在常壓下，MnS具有三種晶體結構:巖鹽礦，閃鋅礦和纖維鋅礦。閃鋅礦和纖維鋅礦MnS是亞穩態，巖鹽礦MnS是穩態。然而，到目前為止人們對它們在高壓下的晶體結構穩定性是不清楚的。此外，材料的晶體結構會很大地影響材料的光學、磁學、催化等物理和化學性質，因此合成新晶體結構的材料會優化納米器件功能。到目前為止沒有工作報道合成新的晶體結構的MnS納米晶。因此，需要發展簡單、方便的方法來合成新的晶體結構的MnS納米晶。
發明內容
本發明要解決的技術問題是:克服背景技術存在的問題和缺陷，提供一種簡單的制備MnP相MnS納米晶的方法，該方法以用溶膠凝膠法合成的巖鹽礦和纖維鋅礦MnS納米晶為起始材料，采用金剛石對頂砧壓機在高壓下合成MnP相的MnS納米晶。并且通過控制起始材料的形貌能夠很好 地調節MnP相的MnS納米晶的形狀。本發明的具體技術方案如下。一種高壓合成MnP相的MnS納米晶材料的方法，以巖鹽礦MnS納米立方塊為初始原料,在金剛石對頂砧中對初始原料加壓至11.6 31GPa，得到MnP相的MnS納米立方塊。最后將金剛石對頂砧泄壓至常壓，仍可以得到MnP相的MnS納米立方塊。一種高壓合成MnP相的MnS納米晶材料的方法，以纖維鋅礦MnS納米棒為初始原料，在金剛石對頂砧中對初始原料加壓至24.3 33GPa，得到MnP相的MnS納米棒。最后將金剛石對頂砧泄壓至常壓，仍可以得到MnP相的MnS納米棒。巖鹽礦MnS納米立方塊的合成可以參見專利申請201210448067.2 ;纖維鋅礦MnS 納米棒的合成可以參見 Polymorphism and Formation Mechanism of Nanobipods inManganese Sulfide Nanocrystals Induced by Temperature or Pressure,J.Phys.Chem.C2012，116，3292-3297。本發明制備MnP相的MnS納米晶的方法的方法優點在于:本發明制備方法得到的產品，通過用同步輻射XRD對樣品的晶體結構進行表征，發現在高壓下這些MnS納米晶具有穩定的MnP相結構，相純度很高，泄壓后樣品依然保持MnP相結構，并且粒徑分布均勻、結晶性好，這些MnP相MnS納米立方塊超晶格具有很好的光學性質，能潛力地應用在光學、太陽能等領域。本發明制備方法能夠通過控制原材料的相貌調節MnP相的MnS納米晶的形狀；具有過程簡單、室溫合成、合成時間短、可重復性高等優點。
圖1是起始材料為巖鹽礦MnS納米立方塊的透射電鏡圖片。圖2是起始材料為巖鹽礦MnS納米立方塊時，樣品隨壓力變化的同步輻射XRD數據。圖3是起始材料為巖鹽礦MnS納米立方塊時，泄壓后樣品的同步輻射XRD精修數據。圖4是起始材料為巖鹽礦MnS納米立方塊時，泄壓后樣品的透射電鏡圖片。圖5是起始材料為巖鹽礦MnS納米立方塊時，泄壓后樣品的高分辨透射電鏡圖片。圖6是起始材料為纖維鋅礦MnS納米棒的透射電鏡圖片。圖7是起始材料為纖維鋅礦MnS納米棒時，樣品隨壓力變化的同步輻射XRD數據。圖8是起始材料為纖維鋅礦MnS納米棒時，泄壓后樣品的同步輻射XRD精修數據。圖9是起始材料為纖維鋅礦MnS納米棒時，泄壓后樣品的透射電鏡圖片。圖10是起始材料 為纖維鋅礦MnS納米棒時，泄壓后樣品的高分辨透射電鏡圖片。圖11是MnP相的MnS納米立方塊的吸收光譜。圖12是MnP相的MnS納米棒的吸收光譜。
具體實施例方式現結合下列實施例更加具體地描述本發明，如無特殊說明，所用試劑均為市售可獲得的產品，并未加進一步提純使用。實施例1MnP相的MnS納米晶的合成(合成MnP相的MnS納米立方塊)合成MnP相的MnS納米晶是在對稱式金剛石對頂砧中進行，利用對稱式金剛石對頂砧進行加壓，金剛石砧面大小為0.4mm，密封墊采用T301不銹鋼片。在預壓的墊片上鉆了一個直徑為0.20mm的小孔，將一小塊紅寶石置于其中。壓力的標定是采用標準紅寶石熒光標壓的技術。然后，將用溶膠凝膠法合成的巖鹽礦MnS納米立方塊放入金剛石對頂砧壓機中，然后對樣品進行加壓至31GPa。在11.6GPa時，巖鹽礦MnS納米立方塊已經開始轉變成MnP相的MnS納米立方塊。最后將金剛石對頂砧壓機泄壓至常壓,可以得到MnP相的MnS納米立方塊。實施例2MnP相的MnS納米晶的合成(合成MnP相的MnS納米棒)合成MnP相的MnS納米晶是在對稱式金剛石對頂砧中進行，利用對稱式金剛石對頂砧進行加壓，金剛石砧面大小為0.4mm，密封墊采用T301不銹鋼片。在預壓的墊片上鉆了一個直徑為0.20mm的小孔，將一小塊紅寶石置于其中。壓力的標定是采用標準紅寶石熒光標壓的技術。然后，將用溶膠凝膠法合成的纖維鋅礦MnS納米棒放入金剛石對頂砧壓機中，然后對樣品進行加壓至33GPa。在24.3GPa時，纖維鋅礦MnS納米棒開始轉變成MnP相的MnS納米棒。最后將金剛石對頂砧壓機泄壓至常壓，可以得到MnP相的MnS納米棒。實施例3MnP相的MnS納米晶的晶體結構和形貌表征
對樣品進行同步輻射X光射線衍射、透射電鏡、高分辨電鏡和吸收光譜表征。圖1是起始材料-巖鹽礦MnS納米立方塊的透射電鏡照片。圖2是樣品隨壓力變化的同步輻射XRD數據。在11.6GPa時，巖鹽礦MnS納米立方塊已經開始轉變成MnP相的MnS納米晶，說明在高壓下MnP相結構更穩定。圖3是泄壓后樣品的同步輻射XRD數據精修，顯示制備的樣品為MnP相結構，并且相純度很高。對泄壓后的樣品進行透射電鏡(圖4)表征，表明樣品為粒徑分布均勻的MnP相MnS納米立方塊。高分辨電鏡圖片顯示納米立方塊具有很好的結晶性(圖5)。圖6是起始材料-纖維鋅礦MnS納米棒的透射電鏡照片。圖7是樣品隨壓力變化的同步輻射XRD數據。在24.3GPa時，纖維鋅礦MnS納米棒開始轉變成MnP相的MnS納米晶。圖8是泄壓后樣品的同步輻射XRD數據精修，說明制備的樣品為MnP相結構。對泄壓后的樣品進行透射電鏡(圖9 )和高分辨電鏡表征(圖1O )，表明樣品為MnP相的MnS納米棒。實施例4MnP相的MnS納米晶的光學性質圖11是MnP相的MnS納米立方塊的吸收光譜。圖中顯示MnP相的MnS納米立方塊的能帶間隙為3.0eV0圖12是MnP相的MnS納米棒的吸收光譜。圖中顯示MnP相的MnS納米棒的能帶間隙為2.75eV。這說明這些MnP相的MnS納米晶可以潛在應用于太陽能電池 中。
權利要求
1.一種高壓合成MnP相的MnS納米晶材料的方法，以巖鹽礦MnS納米立方塊為初始原料，在金剛石對頂砧中對初始原料加壓至11.6 31GPa，制得MnP相的MnS納米立方塊。
2.根據權利要求1所述的高壓合成MnP相的MnS納米晶材料的方法，其特征是，最后將金剛石對頂砧泄壓至常壓，得到MnP相的MnS納米立方塊。
3.一種高壓合成MnP相的MnS納米晶材料的方法，以纖維鋅礦MnS納米棒為初始原料，在金剛石對頂砧中對初始原料加壓至24.3 33GPa，制得MnP相的MnS納米棒。
4.根據權利要求3所述的高壓合成MnP相的MnS納米晶材料的方法，其特征是，最后將金剛石對頂砧泄 壓至常壓，得到MnP相的MnS納米棒。
全文摘要
本發明的高壓合成MnP相的MnS納米晶材料的方法屬于納米材料制備的技術領域。以巖鹽礦MnS納米立方塊或纖維鋅礦MnS納米棒為初始原料，在金剛石對頂砧中對初始原料加壓至11.6～31GPa或24.3～33GPa，得到MnP相的MnS納米立方塊或MnP相的MnS納米棒。將金剛石對頂砧泄壓至常壓，仍可以得到MnP相的MnS納米晶材料。本發明方法得到的產物具有穩定的MnP相結構，相純度很高，粒徑分布均勻、結晶性好，產物具有很好的光學性質，能潛力地應用在光學、太陽能等領域；并且具有過程簡單、室溫合成、合成時間短、可重復性高等優點。
文檔編號B82Y30/00GK103224254SQ20131012002
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月8日 優先權日2013年4月8日
發明者鄒勃, 楊新一 申請人:吉林大學