專利名稱：一種直接合成硫化鉛立方體納米顆粒薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米晶合成及半導(dǎo)體納米材料的可控組裝方法，特別是一種液相法直接合成硫化鉛立方體納米晶顆粒薄膜的方法。
背景技術(shù)：
硫化鉛(PbS)是一種重要的半導(dǎo)體材料，其能帶間隙為0.41eV,具有較大的激子波爾半徑(18nm)，較強(qiáng)的電子-空穴對(duì)限域效應(yīng)和較大的光學(xué)非線性系數(shù)，其量子束縛效應(yīng)程度是其它半導(dǎo)體材料的數(shù)倍，是研究量子尺寸效應(yīng)的典型材料。納米尺度的PbS能帶從近紅外藍(lán)移到可見光區(qū)域，呈現(xiàn)出奇異的光學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)，因而在許多領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。在非線性光學(xué)裝置、紅外光學(xué)探測(cè)器、柔性太陽能電池和顯示裝置的應(yīng)用方面得到廣泛研究。例如將硫化鉛納米粒子表面修飾后可均勻地固化于有機(jī)改性的硅酸鹽玻璃中，從而大大改善了它的光電性能。近年來，科學(xué)家用各種方法合成了各種形貌的硫化鉛納米粒子，如球狀、棒狀、線狀、立方體、片狀以及星形等。其中，立方體形是一種很重要的硫化鉛納米形狀，由于其對(duì)稱規(guī)則的形貌特點(diǎn)，容易加工組裝成更高級(jí)和更為實(shí)用的結(jié)構(gòu)。中國專利申請(qǐng)02153758.5、200610002147.X,200810122106.3,200810122109.7,201010227752.3,201210070266.4 等都公開了采用水溶液或混合溶液法合成不同形狀硫化鉛納米顆粒的方法；但這些專利提供的僅限于粉體的制備方法，沒有將硫化鉛納米粉體進(jìn)一步制備成薄膜。然而很多器件，比如柔性太陽能電池、顯示器件等都需要使用薄膜態(tài)的硫化鉛納米材料。而且，上述專利在水溶液中合成的硫化鉛納米顆粒通常難以分散在有機(jī)溶劑中均勻涂覆到襯底表面進(jìn)一步成膜。

據(jù)檢索到的資料所知，利用液相法直接在襯底表面合成硫化鉛立方體納米薄膜還未見報(bào)道。而硫化鉛薄膜的好處是直接可以用來制備各種光電器件。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種利用單分子前驅(qū)體熱分解直接在各種襯底表面直接合成硫化鉛立方體納米顆粒薄膜的方法。該方法工藝過程簡單，制備參數(shù)易于控制，重復(fù)性好，可以規(guī)模化合成，可直接得到大面積均勻的硫化鉛立方體納米顆粒薄膜，同時(shí)避免了通常合成組裝工藝中的多步復(fù)雜工藝及惰性氣氛保護(hù)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:一種直接合成硫化鉛立方體納米顆粒薄膜的方法，步驟如下:(I)乙基黃原酸鉛前驅(qū)體的合成:將乙基黃原酸鈉或乙基黃原酸鉀的去離子水透明溶液與硝酸鉛或乙酸鉛的去離子水溶液混合，其中，乙基黃原酸鈉或乙基黃原酸鉀與硝酸鉛或乙酸鉛的摩爾比例為0.5-2，充分?jǐn)嚢杈鶆蛐纬沙恋?，然后過濾、洗劑、干燥得乙基黃原酸鉛粉末；(2)乙基黃原酸鉛前驅(qū)體溶液的配制:將乙基黃原酸鉛粉末溶解分散在吡啶中形成濃度為10-500mg/ml的均勻乙基黃原酸鉛前驅(qū)體溶液；
(3)硫化鉛薄膜的制備:將乙基黃原酸鉛前驅(qū)體溶液采用旋轉(zhuǎn)涂覆、滴涂法或浸涂法涂到基片上，在120-300°C退火10-100分鐘，退火氣氛為空氣、真空、氮?dú)狻鍤饣驓錃?，即可直接得到在襯底上組裝的硫化鉛納米顆粒薄膜。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明工藝過程簡單，制備參數(shù)易于控制，重復(fù)性好，可以規(guī)?；铣?，可直接得到大面積均勻的硫化鉛立方體納米晶薄膜。通過上述工藝，可以避免通常的高溫?zé)峤庥袡C(jī)前驅(qū)體溶液，然后再在襯底上組裝的多步復(fù)雜及昂貴工藝，為低成本大規(guī)模器件制備提供了一種潛在的方法。


圖1是實(shí)施例1硫化鉛薄膜的X-射線衍射圖譜。圖2是實(shí)施例1硫化鉛薄膜的掃描電子顯微鏡照片。圖3是實(shí)施例2硫化鉛薄膜的掃描電子顯微鏡照片。圖4是實(shí)施例3硫化鉛薄膜的掃描電子顯微鏡照片。圖5是實(shí)施例4硫化鉛薄膜的掃描電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。實(shí)施例1將100ml 0.2mol/l的乙基黃原酸鈉的透明溶液與IOOml 0.lmol/1的硝酸鉛透明溶液混合，充分?jǐn)嚢杈鶆蛐纬沙恋?，過濾洗劑干燥得乙基黃原酸鉛粉末；將乙基黃原酸鉛粉末溶解分散在吡啶中形成500mg/ml均勻溶液；將乙基黃原酸鉛的均勻溶液旋轉(zhuǎn)涂覆到Si基片上，在300°C的溫度和氮?dú)鈿夥障峦嘶?0分鐘。圖1是硫化鉛的X射線衍射圖，由圖可確證這是面心立方結(jié)構(gòu)的硫化鉛。圖2硫化鉛薄膜的掃描電子顯微鏡照片。由圖可見硫化鉛納米顆粒的形狀為立方體，尺寸大約在50納米左右。實(shí)施例2將50ml 0.lmol/1的乙基黃原酸鉀的透明溶液與50ml 0.2mol/l的乙酸鉛透明溶液混合，充分?jǐn)嚢杈鶆蛐纬沙恋恚^濾洗劑干燥得乙基黃原酸鉛粉末；將乙基黃原酸鉛粉末溶解分散在吡啶中形成10mg/ml均勻溶液；將乙基黃原酸鉛的均勻溶液滴涂到Si片上，在120°C的溫度和空氣氣氛下烘干退火100分鐘。圖3硫化鉛薄膜的掃描電子顯微鏡照片。由圖可見硫化鉛納米顆粒的形狀為立方體，尺寸大約在30-70納米之間。實(shí)施例3將30ml 0.2mol/l的乙基黃原酸鈉的透明溶液與30ml 0.15mol/l的乙酸鉛透明溶液混合，充分?jǐn)嚢杈鶆蛐纬沙恋?，過濾洗劑干燥得乙基黃原酸鉛粉末；將乙基黃原酸鉛粉末溶解分散在吡啶中形成50mg/ml均勻溶液；將乙基黃原酸鉛的均勻溶液浸涂到Si基片上，在200°C的溫度和氬氣氣氛下烘干退火70分鐘。圖4是硫化鉛薄膜的掃描電子顯微鏡照片。由圖可見硫化鉛納米顆粒的形狀為立方體，尺寸大約在30-150納米之間。
實(shí)施例4將70ml 0.lmol/1的乙基黃原酸鉀的透明溶液與70ml 0.2mol/l的硝酸鉛透明溶液混合，充分?jǐn)嚢杈鶆蛐纬沙恋恚^濾洗劑干燥得乙基黃原酸鉛粉末；將乙基黃原酸鉛粉末溶解分散在吡啶中形成500mg/ml均勻溶液；將乙基黃原酸鉛的均勻溶液旋轉(zhuǎn)涂覆到玻璃片上，在250°C的溫度和真空氣氛下烘干退火40分鐘。圖5是硫化鉛薄膜的掃描電子顯微鏡照片。由圖可見硫化鉛納米顆粒的形狀為立方體，尺寸大約在30-100納米之間。上述 實(shí)施例雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種直接合成硫化鉛立方體納米顆粒薄膜的方法，其特征是，步驟如下: (1)乙基黃原酸鉛前驅(qū)體的合成:將乙基黃原酸鈉或乙基黃原酸鉀的去離子水透明溶液與硝酸鉛或乙酸鉛的去離子水溶液混合，其中，乙基黃原酸鈉或乙基黃原酸鉀與硝酸鉛或乙酸鉛的摩爾比例為0.5-2，充分?jǐn)嚢杈鶆蛐纬沙恋恚缓筮^濾、洗劑、干燥得乙基黃原酸鉛粉末； (2)乙基黃原酸鉛前驅(qū)體溶液的配制:將乙基黃原酸鉛粉末溶解分散在吡啶中形成濃度為10-500mg/ml的均勻乙基黃原酸鉛前驅(qū)體溶液； (3)硫化鉛納米顆粒薄 膜的制備:將乙基黃原酸鉛前驅(qū)體溶液采用旋轉(zhuǎn)涂覆、滴涂法或浸涂法涂到基片上，在120-300°C退火10-100分鐘，即可直接得到在襯底上組裝的硫化鉛納米顆粒薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述步驟(3)中的退火氣氛為空氣或真空或氮?dú)饣騃S氣或氫氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直接合成硫化鉛立方體納米顆粒薄膜的方法，包括下列具體步驟(1)將乙基黃原酸鈉或鉀的去離子水透明溶液與硝酸鉛或乙酸鉛的去離子水溶液混合，其中，乙基黃原酸鈉或鉀與鉛的摩爾比例為0.5-2，充分?jǐn)嚢杈鶆蛐纬沙恋恚缓筮^濾、洗劑、干燥得乙基黃原酸鉛粉末；(2)將乙基黃原酸鉛粉末溶解分散在吡啶中形成濃度為10-500mg/ml的均勻溶液；(3)將乙基黃原酸鉛前驅(qū)體溶液采用旋轉(zhuǎn)涂覆、滴涂法或浸涂法涂到基片上，在120-300℃退火10-100分鐘。本發(fā)明工藝過程簡單，制備參數(shù)易于控制，重復(fù)性好，可以規(guī)模化合成，可直接在襯底上組裝大面積均勻的硫化鉛立方體納米顆粒薄膜，避免了通常合成組裝工藝中的多步復(fù)雜工藝。
文檔編號(hào)C01G21/21GK103073053SQ20131004197
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月2日
發(fā)明者王素梅, 趙旭榮 申請(qǐng)人:山東大學(xué)