JP4538620B2

JP4538620B2 - Method for producing zinc sulfide nanocable containing zinc

Info

Publication number: JP4538620B2
Application number: JP2003157225A
Authority: JP
Inventors: 義雄板東; ズウ・ウィンチェン; 揚一郎上村
Original assignee: National Institute for Materials Science
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2023-06-02
Also published as: JP2004362841A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、亜鉛を内包した硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、ディスプレイ、センサー、レーザー、光触媒等に応用されている硫化亜鉛の新しいナノ構造物の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
硫化亜鉛は3.6eVのバンドギャップエネルギーを有するII-VI族の半導体であり、マンガン等をドーピングすることにより高い発光量子効率が得られることから、ディスプレイ、センサー、レーザー、光触媒等として広く応用されている。
【０００３】
このような硫化亜鉛のナノ構造物として、一次元の硫化亜鉛ナノワイヤーが知られており、鋳型を用いる方法（たとえば、非特許文献１参照）や金触媒を用いる加熱蒸発法（たとえば、非特許文献２参照）等によって合成されている。最近、酸化亜鉛を内含した硫化亜鉛ナノケーブルが酸化亜鉛と硫化水素との反応によって合成されている（たとえば、非特許文献３参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
X.Jiang外，ケミカル・マテリアルズ(Chem.Mater.)，2001年，第13巻，ｐ．1213
【非特許文献２】
Y.Wang外，ケミカル・フィジックス・レターズ(Chem.Phys.Lett.)，2002年，第357巻，ｐ．314
【非特許文献３】
X.Wang外，アドバンスト・マテリアルズ(Adv.Mater.)，2002年，第14巻，ｐ．1732
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この出願の発明は、ナノスケールの半導体として新しい展開を図るため、簡便な手法により硫化亜鉛の新しいナノ構造物を得ることのできる製造方法を提供することを解決すべき課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、窒素と水蒸気の気流下で、炭素粉末と炭素繊維を1500〜1600℃に、硫化亜鉛粉末を1250℃にそれぞれ加熱し、400〜600℃に保持された基板に生成物を堆積させることを特徴とする亜鉛を内含した硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この出願の発明の亜鉛を内包した硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法では、窒素と水蒸気の気流下で、炭素粉末と炭素繊維を1500〜1600℃に、硫化亜鉛粉末を1250℃にそれぞれ加熱する。具体的には、たとえば、蒸留水に窒素ガスを吹き込んで窒素ガスと水蒸気との混合気流中を生じさせることができる。加熱時の窒素ガス及び水蒸気の流量は、たとえば窒素ガスを1.5L/min程度、水蒸気を0.3L/min程度とすることができる。一方、炭素粉末、炭素繊維、硫化亜鉛の各加熱温度は、上記の温度に限定される。その理由は、温度を上昇させても反応効率は向上しなく、上記温度未満では反応が不完全になるからである。反応時間は0.5〜３時間が好ましく例示される。この範囲を超えて時間をかけて反応させても収率の変化はほとんどみられず、その範囲未満では反応が完結しにくくなる。なお、炭素粉末、炭素繊維、硫化亜鉛の重量比については、１：１：２が好ましく例示される。生成物の収量は重量比を上記値から変化させてもあまり変化しない。
【０００８】
そして、この出願の発明の亜鉛を内包した硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法では、400〜600℃に保持された基板に生成物を堆積させる。
【０００９】
このように、この出願の発明の亜鉛を内包した硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法は、加熱蒸発法に分類され、新しいナノ構造物である亜鉛を内包した硫化亜鉛ナノケーブルを簡便に製造することができる。
【００１０】
以下、実施例を示し、この出願の発明の亜鉛を内包した硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法について説明する。
【００１１】
【実施例】
シグマ・アルドリッチ社製の炭素粉末0.5gと炭素繊維0.5gをグラファイト製るつぼに入れ、石英管の中に配置した。また、シグマ・アルドリッチ社製の硫化亜鉛粉末1.0gをグラファイト製るつぼに入れ、このるつぼを炭素粉末及び炭素繊維の入ったるつぼの上方に離して配置した。蒸留水に窒素ガスを吹き込むことにより水蒸気を含んだ窒素ガスを1.5L/minの流速で石英管の中に移送した。そして、縦型高周波誘導加熱炉を用い、炭素粉末と炭素繊維を1500〜1600℃に加熱し、一方、硫化亜鉛粉末を1250℃に加熱した。0.5時間加熱を続けた後、炉を室温に冷却した。加熱時に石英管の温度が400〜600℃に保持されていた部分に灰色の粉末が堆積した。
【００１２】
得られた灰色の粉末生成物を透過型電子顕微鏡及びＸ線エネルギー拡散スペクトロメーターを備えた高分解能透過型電子顕微鏡を用いて観察し、分析した。
【００１３】
図１(a)は、透過型電子顕微鏡により観察された生成物の像を示した写真である。
【００１４】
芯の直径がおよそ２５nm、外壁の厚さが８nmのナノケーブルが得られている。
【００１５】
図１(b)は、図１(a)に示した写真中にｍの矢印をつけた部分の高分解能透過型電子顕微鏡像の写真とＸ線エネルギー拡散スペクトルの回折パターンを示した図である。
【００１６】
Ｘ線回折のドットから、格子定数ａ＝0.26nm、ｃ＝0.49nmである単結晶の六方晶系亜鉛であると確認される。Ｘ線回折のリングは、中心から外側に向かって(100)、(110)、(103)面に起因する回折であり、このことから、外壁は、ウルツ鉱型の硫化亜鉛の多結晶であると確認される。このことから、得られたナノケーブルは、芯が亜鉛の単結晶で、外壁が硫化亜鉛の多結晶から形成された、亜鉛を内包した硫化亜鉛ナノケーブルであると判明された。
【００１７】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、簡便な方法により新規な亜鉛を内含した硫化亜鉛ナノケーブルが製造される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a)は、実施例で得られた灰色の生成物の透過型電子顕微鏡像の写真である。 (b)は、 (a)の写真中に矢印ｍで示した部分の高分解能透過型電子顕微鏡像の写真とＸ線エネルギー拡散スペクトルの回折パターンを示した図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention of this application relates to a method for producing a zinc sulfide nanocable encapsulating zinc. More specifically, the invention of this application relates to a method for producing a new nanostructure of zinc sulfide applied to displays, sensors, lasers, photocatalysts and the like.
[0002]
[Prior art]
Zinc sulfide is a II-VI group semiconductor with a band gap energy of 3.6 eV, and it can be widely applied as a display, sensor, laser, photocatalyst, etc. because it can obtain high emission quantum efficiency by doping with manganese. Yes.
[0003]
As such zinc sulfide nanostructures, one-dimensional zinc sulfide nanowires are known, such as a method using a template (for example, see Non-Patent Document 1) and a heat evaporation method using a gold catalyst (for example, non-patent). Reference 2)) and the like. Recently, zinc sulfide nanocables containing zinc oxide have been synthesized by reaction of zinc oxide and hydrogen sulfide (see, for example, Non-Patent Document 3).
[0004]
[Non-Patent Document 1]
X. Jiang et al., Chemical Materials (Chem. Mater.), 2001, Vol. 13, p. 1213
[Non-Patent Document 2]
Y. Wang et al., Chemical Physics Letters (2002), Vol. 357, p. 314
[Non-Patent Document 3]
X. Wang et al., Advanced Materials (Adv. Mater.), 2002, Vol. 14, p. 1732
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The invention of this application has an object to be solved to provide a manufacturing method capable of obtaining a new nanostructure of zinc sulfide by a simple technique in order to achieve a new development as a nanoscale semiconductor.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention of this application is to heat carbon powder and carbon fiber to 1500 to 1600 ° C. and zinc sulfide powder to 1250 ° C. under a stream of nitrogen and water vapor, respectively, to 400 to 600 ° C. A method for producing a zinc sulfide nanocable containing zinc, characterized in that a product is deposited on a substrate held in a metal.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the method for producing a zinc sulfide nanocable encapsulating zinc according to the invention of this application, the carbon powder and the carbon fiber are heated to 1500 to 1600 ° C. and the zinc sulfide powder is heated to 1250 ° C. under a stream of nitrogen and water vapor, respectively. Specifically, for example, nitrogen gas can be blown into distilled water to generate a mixed gas stream of nitrogen gas and water vapor. The flow rates of nitrogen gas and water vapor during heating can be, for example, about 1.5 L / min for nitrogen gas and about 0.3 L / min for water vapor. On the other hand, each heating temperature of carbon powder, carbon fiber, and zinc sulfide is limited to the above temperature. The reason is that the reaction efficiency does not improve even when the temperature is raised, and the reaction becomes incomplete below the above temperature. The reaction time is preferably exemplified by 0.5 to 3 hours. Even if the reaction is carried out over a time exceeding this range, there is hardly any change in the yield, and if it is less than this range, the reaction is difficult to complete. The weight ratio of carbon powder, carbon fiber, and zinc sulfide is preferably 1: 1: 2. The yield of the product does not change much even if the weight ratio is changed from the above value.
[0008]
And in the manufacturing method of the zinc sulfide nano cable which included zinc of the invention of this application, a product is deposited on the board | substrate hold | maintained at 400-600 degreeC.
[0009]
As described above, the method for manufacturing zinc sulfide nanocables encapsulating zinc according to the invention of this application is classified as a heating evaporation method, and a zinc sulfide nanocable encapsulating zinc, which is a new nanostructure, can be easily produced. it can.
[0010]
Hereinafter, an example is shown and the manufacturing method of the zinc sulfide nano cable which included zinc of the invention of this application is explained.
[0011]
【Example】
Carbon powder 0.5g and carbon fiber 0.5g manufactured by Sigma-Aldrich were placed in a graphite crucible and placed in a quartz tube. In addition, 1.0 g of zinc sulfide powder manufactured by Sigma-Aldrich was placed in a graphite crucible, and the crucible was placed above the crucible containing carbon powder and carbon fiber. Nitrogen gas containing water vapor was transferred into the quartz tube at a flow rate of 1.5 L / min by blowing nitrogen gas into distilled water. Then, using a vertical high-frequency induction heating furnace, the carbon powder and the carbon fiber were heated to 1500 to 1600 ° C., while the zinc sulfide powder was heated to 1250 ° C. After continuing heating for 0.5 hour, the furnace was cooled to room temperature. Gray powder was deposited on the portion where the temperature of the quartz tube was maintained at 400 to 600 ° C. during heating.
[0012]
The resulting gray powder product was observed and analyzed using a transmission electron microscope and a high resolution transmission electron microscope equipped with an X-ray energy diffusion spectrometer.
[0013]
FIG. 1 (a) is a photograph showing an image of the product observed with a transmission electron microscope.
[0014]
A nanocable having a core diameter of approximately 25 nm and an outer wall thickness of 8 nm is obtained.
[0015]
FIG. 1 (b) is a diagram showing a high-resolution transmission electron microscope image of the portion marked with an arrow m in the photograph shown in FIG. 1 (a) and a diffraction pattern of an X-ray energy diffusion spectrum. .
[0016]
From the X-ray diffraction dots, it is confirmed to be single crystal hexagonal zinc having lattice constants a = 0.26 nm and c = 0.49 nm. The ring of X-ray diffraction is diffraction caused by the (100), (110), and (103) planes from the center to the outside. Therefore, the outer wall is a polycrystal of wurtzite type zinc sulfide. It is confirmed. From this, it was found that the obtained nanocable was a zinc sulfide nanocable encapsulating zinc in which the core was a single crystal of zinc and the outer wall was formed of a polycrystal of zinc sulfide.
[0017]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the invention of this application, zinc sulfide nanocables containing novel zinc are produced by a simple method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (a) is a transmission electron micrograph of a gray product obtained in an example. (b) is a photograph of a high-resolution transmission electron microscope image of the portion indicated by arrow m in the photograph of (a) and a diffraction pattern of an X-ray energy diffusion spectrum.

Claims

炭素粉末と炭素繊維をるつぼに入れ、硫化亜鉛粉末を別のるつぼに入れ、前記炭素粉末と炭素繊維の入ったるつぼの上方に前記硫化亜鉛粉末の入ったるつぼが位置するように縦型高周波誘導加熱炉内に配置し、蒸留水に窒素ガスを吹き込むことにより生じる水蒸気を含んだ窒素ガスを前記縦型高周波誘導加熱炉の下部から流しながら、前記炭素粉末と炭素繊維の入ったるつぼを1500〜1600℃に、前記硫化亜鉛粉末の入ったるつぼを1250℃に、それぞれ加熱し、前記硫化亜鉛粉末の入ったるつぼよりも下流側の400〜600℃に保持された基板上に生成物を堆積させることを特徴とする亜鉛を内含した硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法。 Vertical high frequency induction so that carbon powder and carbon fiber are put in a crucible, zinc sulfide powder is put in another crucible, and the crucible containing zinc sulfide powder is located above the crucible containing carbon powder and carbon fiber. A crucible containing the carbon powder and carbon fiber is placed in a heating furnace while flowing nitrogen gas containing water vapor generated by blowing nitrogen gas into distilled water from the lower part of the vertical high frequency induction heating furnace. The crucible containing the zinc sulfide powder is heated to 1250 ° C. at 1600 ° C., and the product is deposited on the substrate held at 400 to 600 ° C. downstream of the crucible containing the zinc sulfide powder. A method for producing a zinc sulfide nanocable containing zinc .