微波水熱法制備γ-MnS粉體和薄膜的工藝及性能研究.pdf

1、硫化錳(MnS)是一種稀磁寬禁帶半導(dǎo)體，禁帶寬度Eg為3.7eV，以三種晶型存在，即穩(wěn)定態(tài)的巖鹽結(jié)構(gòu)α-MnS，介穩(wěn)的閃鋅礦結(jié)構(gòu)β-MnS和纖鋅礦結(jié)構(gòu)γ-MnS。亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)β-MnS和γ-MnS存在于較低溫度下，溫度在100～400℃或在較大壓力下容易向八面體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)α-MnS轉(zhuǎn)變，且該轉(zhuǎn)變不可逆。亞穩(wěn)態(tài)的γ-MnS具有更優(yōu)異的光、電、磁等性質(zhì)，它在短波光電器件、太陽(yáng)能選擇性涂層及窗口/緩沖材料、光電半導(dǎo)體、催化材料、大容量光存儲(chǔ)器和稀

2、磁半導(dǎo)體等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文采用一種高效、節(jié)能、環(huán)保的微波水熱制備技術(shù)，在較低的溫度和較短的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)快速成功地合成了單一晶型的γ-MnS粉體和薄膜。探索了無(wú)任何添加劑輔助微波水熱制備產(chǎn)物時(shí)的反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、前驅(qū)液濃度、前驅(qū)液的pH值等工藝因素對(duì)制備的γ-MnS粉體的物相和形貌的影響，隨后采用不同的添加劑輔助微波水熱法來(lái)控制γ-MnS粉體的形貌。通過(guò)對(duì)γ-MnS粉體制備工藝的探索，采用微波水熱法在ITO玻璃

3、基片上成功地制備了單一晶型γ-MnS晶體薄膜，并通過(guò)模板劑來(lái)控制薄膜的微觀形貌和性能。采用X射線衍射儀(XRD)，X射線能譜分析(EDS)，X射線光電子能譜儀(XPS)，掃描電子顯微鏡(SEM)，透射電子顯微鏡(TEM)，紅外光譜(FT-IR)對(duì)制備的粉體和薄膜的物相組成和微觀形貌進(jìn)行了分析，采用紫外可見(jiàn)近紅外光譜儀(UV-VIS-NIR)和熒光光譜儀(PL)對(duì)制備產(chǎn)物的光學(xué)性能進(jìn)行了表征，結(jié)果表明:
　　 (1)以氯化錳和硫代

4、乙酰胺為原料，采用微波水熱法無(wú)任何添加劑輔助可快速地合成γ-MnS粉體，單相γ-MnS粉體的最佳合成工藝為:微波水熱反應(yīng)溫度為150℃，反應(yīng)時(shí)間為90min，反應(yīng)物的濃度控制在0.1mol/L。溶液的pH從6增大到12，產(chǎn)物先由六方柱狀轉(zhuǎn)變?yōu)榱狡瑺?，且粒徑逐漸變小，在微波的誘導(dǎo)之下快速自組裝為類球狀微晶，pH值大子8時(shí)，產(chǎn)物的結(jié)晶性提高，產(chǎn)物的光學(xué)帶隙略微減小。
　　 (2)PVP，檸檬酸(C6H5Na3O7)和六亞甲基四胺(

5、HMTA)分別輔助微波水熱法制備出了特殊形貌的γ-MnS粉體。使用PVP合成的產(chǎn)物形貌為花簇狀結(jié)構(gòu)，使用檸檬酸合成產(chǎn)物的形貌為均一的塔錐狀結(jié)構(gòu)，而使用六亞甲基四胺制備的產(chǎn)物的形貌為實(shí)心的微晶球結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)HMTA加入量的研究，結(jié)果表明:隨著HMTA加入量的增大，自組裝的球體表面逐漸光滑，粒徑逐漸減小到2μm，且粒徑較為均一，產(chǎn)物在300～400nm處的吸收峰增強(qiáng)且發(fā)生明顯的紅移。
　　 (3)分別以醋酸錳(Mn(CH3COO)2

6、·4H2O)和氯化錳(MnCl2·4H2O)作為錳源，選用硫代乙酰胺(TAA)為硫源，無(wú)模板劑輔助下采用微波水熱法在ITO玻璃基片上成功的制備了單一晶型，均一的樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)γ-MnS晶體薄膜，且發(fā)現(xiàn)使用MnCl2作為錳源制備的薄膜結(jié)晶性能更好，表面更加致密均一。隨后選用MnCl2作為錳源，研究不同反應(yīng)溫度和不同S/Mn摩爾比對(duì)薄膜結(jié)晶性，形貌和光學(xué)性能的影響，結(jié)果表明:隨著反應(yīng)溫度的升高，S/Mn摩爾比適當(dāng)?shù)脑龃?，制備的?MnS晶體薄膜