CN103073053B - 一种直接合成硫化铅立方体纳米颗粒薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直接合成硫化铅立方体纳米颗粒薄膜的方法，包括下列具体步骤：（1）将乙基黄原酸钠或钾的去离子水透明溶液与硝酸铅或乙酸铅的去离子水溶液混合，其中，乙基黄原酸钠或钾与铅的摩尔比例为0.5-2，充分搅拌均匀形成沉淀，然后过滤、洗剂、干燥得乙基黄原酸铅粉末；（2）将乙基黄原酸铅粉末溶解分散在吡啶中形成浓度为10-500mg/ml的均匀溶液；（3）将乙基黄原酸铅前驱体溶液采用旋转涂覆、滴涂法或浸涂法涂到基片上，在120-300℃退火10-100分钟。本发明工艺过程简单，制备参数易于控制，重复性好，可以规模化合成，可直接在衬底上组装大面积均匀的硫化铅立方体纳米颗粒薄膜，避免了通常合成组装工艺中的多步复杂工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米晶合成及半导体纳米材料的可控组装方法，特别是一种液相法直接合成硫化铅立方体纳米晶颗粒薄膜的方法。
背景技术
硫化铅( PbS) 是一种重要的半导体材料, 其能带间隙为0.41eV, 具有较大的激子波尔半径( 18nm) , 较强的电子-空穴对限域效应和较大的光学非线性系数, 其量子束缚效应程度是其它半导体材料的数倍, 是研究量子尺寸效应的典型材料。纳米尺度的PbS 能带从近红外蓝移到可见光区域,呈现出奇异的光学性质和电学性质, 因而在许多领域都有重要的应用。在非线性光学装置、红外光学探测器、柔性太阳能电池和显示装置的应用方面得到广泛研究。例如将硫化铅纳米粒子表面修饰后可均匀地固化于有机改性的硅酸盐玻璃中，从而大大改善了它的光电性能 。
近年来，科学家用各种方法合成了各种形貌的硫化铅纳米粒子，如球状、棒状、线状、立方体、片状以及星形等。其中，立方体形是一种很重要的硫化铅纳米形状，由于其对称规则的形貌特点，容易加工组装成更高级和更为实用的结构。中国专利申请02153758.5、200610002147.X、200810122106.3、200810122109.7、201010227752.3、201210070266.4等都公开了采用水溶液或混合溶液法合成不同形状硫化铅纳米颗粒的方法；但这些专利提供的仅限于粉体的制备方法，没有将硫化铅纳米粉体进一步制备成薄膜。然而很多器件，比如柔性太阳能电池、显示器件等都需要使用薄膜态的硫化铅纳米材料。而且，上述专利在水溶液中合成的硫化铅纳米颗粒通常难以分散在有机溶剂中均匀涂覆到衬底表面进一步成膜。
据检索到的资料所知，利用液相法直接在衬底表面合成硫化铅立方体纳米薄膜还未见报道。而硫化铅薄膜的好处是直接可以用来制备各种光电器件。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种利用单分子前驱体热分解直接在各种衬底表面直接合成硫化铅立方体纳米颗粒薄膜的方法。该方法工艺过程简单，制备参数易于控制，重复性好，可以规模化合成，可直接得到大面积均匀的硫化铅立方体纳米颗粒薄膜，同时避免了通常合成组装工艺中的多步复杂工艺及惰性气氛保护。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种直接合成硫化铅立方体纳米颗粒薄膜的方法，步骤如下：
（1）乙基黄原酸铅前驱体的合成：将乙基黄原酸钠或乙基黄原酸钾的去离子水透明溶液与硝酸铅或乙酸铅的去离子水溶液混合，其中，乙基黄原酸钠或乙基黄原酸钾与硝酸铅或乙酸铅的摩尔比例为0.5-2，充分搅拌均匀形成沉淀，然后过滤、洗涤、干燥得乙基黄原酸铅粉末；
（2）乙基黄原酸铅前驱体溶液的配制：将乙基黄原酸铅粉末溶解分散在吡啶中形成浓度为10-500mg/ml的均匀乙基黄原酸铅前驱体溶液；
（3）硫化铅薄膜的制备：将乙基黄原酸铅前驱体溶液采用旋转涂覆、滴涂法或浸涂法涂到基片上，在120-300℃退火10-100分钟，退火气氛为空气、真空、氮气、氩气或氢气，即可直接得到在衬底上组装的硫化铅纳米颗粒薄膜。
本发明的有益效果是，本发明工艺过程简单，制备参数易于控制，重复性好，可以规模化合成，可直接得到大面积均匀的硫化铅立方体纳米晶薄膜。通过上述工艺，可以避免通常的高温热解有机前驱体溶液，然后再在衬底上组装的多步复杂及昂贵工艺，为低成本大规模器件制备提供了一种潜在的方法。
附图说明
图1是实施例1硫化铅薄膜的X-射线衍射图谱。
图2是实施例1硫化铅薄膜的扫描电子显微镜照片。
图3是实施例2硫化铅薄膜的扫描电子显微镜照片。
图4是实施例3硫化铅薄膜的扫描电子显微镜照片。
图5是实施例4硫化铅薄膜的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
将100ml 0.2mol/l的乙基黄原酸钠的透明溶液与100ml 0.1mol/l的硝酸铅透明溶液混合，充分搅拌均匀形成沉淀，过滤洗涤干燥得乙基黄原酸铅粉末；将乙基黄原酸铅粉末溶解分散在吡啶中形成500 mg/ml均匀溶液；将乙基黄原酸铅的均匀溶液旋转涂覆到Si基片上，在300℃的温度和氮气气氛下退火10分钟。
图1是硫化铅的X射线衍射图，由图可确证这是面心立方结构的硫化铅。
图2硫化铅薄膜的扫描电子显微镜照片。由图可见硫化铅纳米颗粒的形状为立方体，尺寸大约在50 纳米左右。
实施例2
将50ml 0.1mol/l的乙基黄原酸钾的透明溶液与50 ml 0.2mol/l的乙酸铅透明溶液混合，充分搅拌均匀形成沉淀，过滤洗涤干燥得乙基黄原酸铅粉末；将乙基黄原酸铅粉末溶解分散在吡啶中形成10 mg/ml均匀溶液；将乙基黄原酸铅的均匀溶液滴涂到Si片上，在120℃的温度和空气气氛下烘干退火100分钟。
图3硫化铅薄膜的扫描电子显微镜照片。由图可见硫化铅纳米颗粒的形状为立方体，尺寸大约在30-70 纳米之间。
实施例3
将30ml 0.2mol/l的乙基黄原酸钠的透明溶液与30ml 0.15mol/l的乙酸铅透明溶液混合，充分搅拌均匀形成沉淀，过滤洗涤干燥得乙基黄原酸铅粉末；将乙基黄原酸铅粉末溶解分散在吡啶中形成50 mg/ml均匀溶液；将乙基黄原酸铅的均匀溶液浸涂到Si基片上，在200℃的温度和氩气气氛下烘干退火70分钟。
图4是硫化铅薄膜的扫描电子显微镜照片。由图可见硫化铅纳米颗粒的形状为立方体，尺寸大约在30-150 纳米之间。
实施例4
将70ml 0.1mol/l的乙基黄原酸钾的透明溶液与70ml 0.2mol/l的硝酸铅透明溶液混合，充分搅拌均匀形成沉淀，过滤洗涤干燥得乙基黄原酸铅粉末；将乙基黄原酸铅粉末溶解分散在吡啶中形成500 mg/ml均匀溶液；将乙基黄原酸铅的均匀溶液旋转涂覆到玻璃片上，在250℃的温度和真空气氛下烘干退火40分钟。
图5是硫化铅薄膜的扫描电子显微镜照片。由图可见硫化铅纳米颗粒的形状为立方体，尺寸大约在30-100 纳米之间。
上述实施例虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (2)
1.一种直接合成硫化铅立方体纳米颗粒薄膜的方法，其特征是，步骤如下：
（1）乙基黄原酸铅前驱体的合成：将乙基黄原酸钠或乙基黄原酸钾的去离子水透明溶液与硝酸铅或乙酸铅的去离子水溶液混合，其中，乙基黄原酸钠或乙基黄原酸钾与硝酸铅或乙酸铅的摩尔比例为0.5-2，充分搅拌均匀形成沉淀，然后过滤、洗涤、干燥得乙基黄原酸铅粉末；
（2）乙基黄原酸铅前驱体溶液的配制：将乙基黄原酸铅粉末溶解分散在吡啶中形成浓度为10-500mg/ml的均匀乙基黄原酸铅前驱体溶液；
（3）硫化铅纳米颗粒薄膜的制备：将乙基黄原酸铅前驱体溶液采用旋转涂覆、滴涂法或浸涂法涂到基片上，在120-300℃退火10-100分钟，即可直接得到在衬底上组装的硫化铅纳米颗粒薄膜。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征是，所述步骤（3）中的退火气氛为空气或真空或氮气或氩气或氢气。
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