CN109368683B - 一种制备半导体材料Cu2O的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体材料领域，具体涉及一种制备半导体材料Cu₂O的方法，包括以下步骤：称取Cu(NO₃)₂•3H₂O和PVP，溶解于乙二醇中，溶液为蓝色，然后将混合溶液微波加热到150‑170℃，等溶液由蓝色变为砖红色沉淀，再将微波的保温时间设置为1min‑20min，等反应结束后，将混合溶液自然冷却至室温，最后，将制备得到的混合溶液以10000 rpm离心5 min，取砖红色沉淀用无水乙醇和蒸馏水各洗2次，最后一遍用无水乙醇洗涤，洗涤完成后干燥，得到半导体材料Cu₂O。本发明所公开的方法过程简单，容易控制，产品稳定，便于产业化。

Description

一种制备半导体材料Cu2O的方法

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，具体涉及一种制备半导体材料Cu₂O的方法。

背景技术

Cu₂O是一种有前景的半导体氧化物材料，应用十分广泛，例如用于光伏器件、发光二极管和电子材料等，在很多领域都有应用并且性能优异。在这些应用领域中，光热疗法利用在近红外区域中纳米材料（特别是小纳米颗粒）对近红外光的强吸收，并将吸收的光转化成热量用于治疗各种疾病，包括破坏肿瘤细胞。由于组织对近红外辐射的弱吸收，其能够穿透皮肤而不对正常组织造成大量损伤，使得其可用于治疗由纳米材料靶向的特定细胞。一系列传统纳米材料强烈吸收近红外区域中的辐射，包括金纳米颗粒，金纳米棒和单壁碳纳米管，其已经被证明具有潜在的治疗应用。然而，成本过高，制备过程太复杂等限制了这些纳米材料的进一步应用。Cu₂O的制备方法有很多，常见的方法有反应溅射法，热氧化法，电沉积法和金属有机化学气相沉积法等。但是常见的方法存在成本高或产品品质不够稳定的问题，因此需要一种成本低、方便产业化生产、产品稳定的制备方法制备半导体材料Cu₂O。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种制备半导体材料Cu₂O的方法。

本发明所采取的技术方案如下：一种制备半导体材料Cu₂O的方法，包括以下步骤：称取Cu(NO₃)₂•3H₂O（三水合硝酸铜）和PVP（聚乙烯吡咯烷酮），溶解于乙二醇中，溶液为蓝色，然后将混合溶液微波加热到150-170 ℃，等溶液由蓝色变为砖红色沉淀，再将微波的保温时间设置为1min-20min，等反应结束后，将混合溶液自然冷却至室温，最后，将制备得到的混合溶液以10000 rpm离心5 min，取砖红色沉淀用无水乙醇和蒸馏水各洗2次，最后一遍用无水乙醇洗涤，洗涤完成后干燥，得到半导体材料Cu₂O。

Cu(NO₃)₂•3H₂O和PVP的质量比为2.0-2.1:1。

本发明的有益效果如下：本发明所公开的方法过程简单，容易控制，产品稳定，所制备的Cu₂O具有一定的光吸收性能，便于产业化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为Cu₂O样品的XRD图；

图2为不同温度所得Cu₂O样品的SEM图：(a)150℃；(b)160℃； (c)170℃；

图3为不同保温时间所得Cu₂O样品的SEM图：(a)1min ；(b)5min ；(c)10min ； (d)20min；

图4为不同铜源所得Cu₂O样品的XRD图：(a) CuCl₂；(b) Cu(NO₃)₂；

图5为不同铜源所得Cu₂O样品的SEM图：(a) CuCl₂；(b) Cu(NO₃)₂；

图6为不同浓度的Cu₂O样品的光热性能。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

实施例一：

（1）微波合成Cu₂O

称取1.2101g Cu(NO₃)₂·3H₂O和0.5924gPVP，量取60mL乙二醇，倒入100mL烧杯中，用玻璃棒不断搅拌至固体完全溶解，此时，溶液变为蓝色，然后将烧杯中的蓝色溶液倒入250mL三颈烧瓶中。将混合溶液用600 W的功率加热到160 ℃，溶液由蓝色变为砖红色沉淀，此过程消耗大约10 min，再将微波的保温时间设置为1min，等反应结束后，将混合溶液自然冷却至室温。最后，将制备得到的混合溶液以10000 rpm离心5 min，取砖红色沉淀用无水乙醇和蒸馏水各洗2次，最后一遍用无水乙醇洗涤。洗涤完成后把样品放在80 ℃烘箱中干燥数小时。

（2）产品的组成和结构表征

样品的物相分析：使用德国布鲁克公司的Advance D8，X-射线衍射仪（XRD）分析，X-射线源为 Cu-Kα辐射（λ = 0.15406nm），2θ角扫描范围是10°到90°，扫描速度为：0.02 °/s。

样品的形貌与结构分析：使用美国FEI公司的Nova Nanosem 200 扫描电子显微镜（SEM）进行测试。

将微波法合成的Cu₂O样品的XRD图与国际标准卡片（如图1所示）比较可知，所有衍射峰的位置都和立方相Cu₂O晶体（JCPDS No.05-0667，a=0.427nm）的标准卡片中的衍射峰位置一致，说明该产物是纯的立方相Cu₂O晶体。而且衍射峰中没有出现杂峰，这说明产物中没有其他杂质存在。

实施例二：

反应温度对Cu₂O形貌的影响

图2中的(a)、(b)、(c)是在反应温度分别为150℃、160℃、170℃下制得Cu₂O的SEM图。如图2(a)，当反应温度为150℃时，产物的形貌大部分为球形，小部分呈条状，球形粒径分布较均匀。如图2(b)，当温度升至160℃时，产物形貌几乎没有变化，球形粒径变大。如图2(c)，当反应温度升至170℃时，产物的形貌呈球形，球形粒径变大且分布更均匀，球体表面也变得光滑。

实施例三：

保温时间对Cu₂O形貌的影响

图3中的(a)、(b)、(c)、(d)是在保温时间分别为1min、5min、10min、20min下所得Cu₂O样品的SEM图。由图可知，保温时间为1min时，产物形貌为粒径较小的球形，当保温时间从1min增加到20min时，产物球形颗粒的粒径也变大。这是因为当保温时间增加时，粒子之间的反应程度更加充分，粒子聚集程度提高，导致聚集体颗粒的粒径增大。

实施例四：

铜源对Cu₂O形貌的影响

图4中的(a)、(b)分别以CuCl₂、Cu(NO₃)₂为铜源所得样品的XRD图。由图可知，以不同的铜源为原料得到不同的产物。当使用CuCl₂作为铜源时，制得的样品是纯铜；当使用Cu(NO₃)₂作为铜源时，制得的样品为纯的Cu₂O，产物中没有其他杂质。

图5中的(a)、(b)分别以CuCl₂、Cu(NO₃)₂为铜源所得样品的SEM图。由图5(a)可知，当使用CuCl₂作为铜源时，制得的样品形貌为类球形，且大小不均一。由图5(b)可知，当使用Cu(NO₃)₂作为铜源时，制得的样品基本上是球形的，且球体均匀分散。

实施例五：

Cu₂O样品的光热性能

为了研究不同浓度对Cu₂O样品的光热性能的影响，我们进行了体外光热升温实验，即用808nm近红外辐射光源照射不同浓度的Cu₂O溶液，先以蒸馏水作为空白组，再接着测配制的不同浓度的Cu₂O溶液，每组照射10分钟，每隔30s记录溶液的温度，共记录下20个不同的温度。如图6所示，随着浓度的增大，样品的升温速率加快，这说明Cu₂O样品有一定的光吸收性能。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (2)

1.一种制备球状的纳米半导体材料Cu₂O的方法，其特征在于包括以下步骤：称取Cu(NO₃)₂·3H₂O和PVP，溶解于乙二醇中，溶液为蓝色，然后将混合溶液微波加热到170 ℃，等溶液由蓝色变为砖红色沉淀，再将微波的保温时间设置为1min-20min，等反应结束后，将混合溶液自然冷却至室温，最后，将制备得到的混合溶液以10000 rpm离心5 min，取砖红色沉淀用无水乙醇和蒸馏水各洗2次，最后一遍用无水乙醇洗涤，洗涤完成后干燥，得到球状的纳米半导体材料Cu₂O。

2.根据权利要求1所述的制备半导体材料Cu₂O的方法，其特征在于：Cu(NO₃)₂·3H₂O和PVP的质量比为2.0-2.1:1。

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