RU2553858C1 - Способ получения тонких пленок сульфида свинца - Google Patents
Способ получения тонких пленок сульфида свинца Download PDFInfo
- Publication number
- RU2553858C1 RU2553858C1 RU2014108435/05A RU2014108435A RU2553858C1 RU 2553858 C1 RU2553858 C1 RU 2553858C1 RU 2014108435/05 A RU2014108435/05 A RU 2014108435/05A RU 2014108435 A RU2014108435 A RU 2014108435A RU 2553858 C1 RU2553858 C1 RU 2553858C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- films
- lead
- sodium hydroxide
- sodium citrate
- diamide
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области получения тонких пленок сульфида свинца нанокристаллической структуры, активных в ближнем ИК-диапазоне. Предложен способ получения тонких пленок сульфида свинца, активных в ближнем инфракрасном диапазоне, включающий осаждение из водного раствора смеси ацетата свинца и диамида тиоугольной кислоты в присутствии цитрата натрия и гидроксида натрия. Исходные компоненты берут в соотношении, равном ацетат свинца : диамид тиоугольной кислоты : цитрат натрия : гидроксид натрия = 1:1÷2:0,1÷2:1÷8. Осаждение ведут при температуре 20-35°C в течение 10-50 минут. Изобретение позволяет получить наноструктурированные тонкие пленки сульфида свинца, активные в ближнем инфракрасном диапазоне, обеспечивает расширение рабочего спектрального диапазона и позволяет получать ширину запрещенной зоны в заранее указанном диапазоне за счет получения пленок с заданным заранее размером частиц. 1 табл., 2 пр.
Description
Изобретение относится к области получения тонких пленок сульфида свинца нанокристаллической структуры, активных в ближнем ИК-диапазоне.
Известен способ получения пленок сульфида свинца нанокристаллической структуры, включающий смешивание водного раствора этилксантата натрия или калия с водным раствором нитрата или ацетата свинца в определенном мольном соотношении для получения порошка этилксантата свинца; растворение полученного порошка в пиридине; нанесение прекурсора на подложку с последующим отжигом при температуре 120-300°C (патент CN 103073053, МПК B82Y 30/00; C01G 21/21; 2013 год).
К недостаткам способа относятся длительность и сложность процесса, обусловленная наличием трех стадий, необходимостью использования дополнительного оборудования, выделением токсичным паров этилксантата на стадии обжига. Кроме того, способ не обеспечивает возможность контроля за размером частиц сульфида свинца в нанодиапазоне.
Известен способ получения композиции, поглощающей в ближнем инфракрасном излучении в диапазоне от 800 до 2000 нм, включающей прозрачную смолу с распределенными в ней частицами сульфида свинца (патент JP H07179656, МПК B29D 7/00; C01G 21/21, 1995 год).
К недостаткам способа относятся: наличие матрицы, к которой, во-первых, предъявляются высокие требования по чистоте, однородности, прозрачности в диапазоне от 800 до 2000 нм; во-вторых, ее получение является многостадийным процессом с использованием органических соединений; использование частиц сульфида свинца размером около 12 мкм, что вносит ограничения на минимальную толщину получаемых изделий, толщина которых не может быть меньше 10 мкм, в то время как для нанотехники нужны пленки толщиной менее 1 мкм. Использование частиц с размером более 10 мкм делает невозможным контроль края полосы поглощения сульфида свинца, таким образом получаемые изделия поглощают ближнее инфракрасное излучение во всем диапазоне длин волн, а изменение концентрации сульфида свинца приводит лишь к изменению коэффициента поглощения в том же диапазоне.
Известен способ получения тонких пленок сульфида свинца нанокристаллической структуры путем осаждения на стеклянную подложку в течение 80 минут из водного раствора смеси ацетата свинца и диамида тиоугольной кислоты в прсутствии цитрата натрия и гидроксида натрия при рН=12 и температуре 52°C (С.И. Садовников, Н.С. Кожевникова, А.А. Ремпель "Структура и оптические свойства нанокристаллических пленок сульфида свинца". Физика и техника полупроводников, 2010, том 44, вып.10, с.1394-1404) (прототип).
Однако известный способ, во-первых, дает возможность варьировать диапазон ширины запрещенной зоны только в интервале 0,82-0,88 эВ (1450-1600 нм), во-вторых, не обеспечивает возможности получения запрещенной зоны в заранее заданном диапазоне.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения наноструктурированных полупроводниковых тонких пленок сульфида свинца, активных в ближнем инфракрасном диапазоне, обеспечивающий получение пленок с более широким диапазоном изменения запрещенной зоны и, главное, обеспечивающий возможность получать ширину запрещенной зоны в заранее заданном диапазоне.
Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения наноструктурированных полупроводниковых тонких пленок сульфида свинца, активных в ближнем инфракрасном диапазоне, включающем осаждение из водного раствора смеси ацетата свинца и диамида тиоугольной кислоты в присутствии цитрата натрия и гидроксида натрия, в котором исходные компоненты берут в соотношении, равном ацетат свинца : диамид тиоугольной кислоты : цитрат натрия : гидроксид натрия = 1:1÷2:0,1÷2:1÷8, и осаждение ведут при температуре 20-35°C в течение 10-50 минут.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения тонких пленок сульфида свинца, в котором исходные компоненты берут в предлагаемом соотношении и осаждение ведут при соблюдении временных и температурных параметров в предлагаемых пределах.
Исследования, проведенные авторами, позволили сделать вывод о прямой зависимости размера получаемых частиц сульфида свинца и ширины запрещенной зоны в ближнем инфракрасном диапазоне для пленок сульфида свинца, имеющих данный размер частиц. Таким образом, получая тонкие пленки с заранее заданным размером частиц, можно получать пленки сульфида свинца, характеризующиеся шириной запрещенной зоны в определенном интервале длин волн (излучаемых энергий). При этом существенным является соотношение исходных компонентов. Экспериментальным путем авторами установлено, что изменение соотношения содержания исходных компонентов в предлагаемых пределах, а именно ацетат свинца : диамид тиоугольной кислоты : цитрат натрия : гидроксид натрия = 1:1÷2:0,1÷2:1÷8, позволяет при конкретном соотношении из предлагаемого интервала получать частицы определенного размера, что в свою очередь обусловливает наличие необходимой ширины запрещенной зоны. Причем нанесение на подложки из различных материалов наноструктурированных пленок высокого качества, не имеющих загрязнений, может быть осуществлено только при соблюдении предлагаемого соотношения компонентов, при выходе за предлагаемые пределы получают неоднородные пленки малой толщины, непригодные для дальнейшего использования.
В зависимости от соотношения исходных компонентов в реакционной смеси средний размер частиц, оцененный по уширению рентгеновских дифракционных отражений, меняется от 35-50 до 90-105 нм. Задавая конкретное соотношение компонентов на начальном этапе, можно получать необходимый размер частиц в пленках и регулировать его в диапазоне от 35 до 105 нм.
Методом рентгеновской дифракции установлено, что наноструктурированные пленки сульфида свинца, полученные предлагаемым способом, имеют кубическую структуру типа DO3, отличающуюся от структуры В1, характерной для крупнокристаллического сульфида свинца. Обработка рентгенограмм показала, что в кубической структуре пленок сульфида свинца атомы серы с вероятностями ≈0,84 и ≈ 0,08 неупорядоченно размещены на октаэдрических и тетраэдрических позициях 4(b) и 8(с) соответственно. С учетом структуры и степеней заполнения позиций 4(b) и 8(с) химическая формула сульфида свинца в полученных наноструктурированных пленках представлена как 
. Период кубической кристаллической решетки сульфида свинца в полученных пленках равен 0,59395±0, 00005 нм. Для полученных пленок характерен квантоворазмерный эффект, который проявляется в смещении края фундаментального поглощения в сторону коротких длин волн по сравнению с объемным кристаллом и ведет к появлению структурированного спектра, связанного с дискретизацией валентных подзон и зоны проводимости. Управляя размерами нанокристаллов сульфида свинца со структурой, отличной от В1, можно плавно смещать положение полосы поглощения, соответствующей первому экситонному переходу в широком спектральном диапазоне от 3000 до 800 нм (от 0,4эВ до 1,5 эВ), тем самым расширяя рабочий спектральный диапазон устройств, основанных на полупроводниковых свойствах.
Авторами на основе экспериментальных данных об оптическом поглощении доказано, что уменьшение среднего размера наночастиц в пленках, полученных в предлагаемых авторами условиях, приводит к увеличению ширины запрещенной зоны от 0,4 до 1,5 эВ. Анализ спектров оптического поглощения пленок позволил найти зависимость ширины запрещенной зоны в зависимости от размера частиц. Авторами установлено, что ширина запрещенной зоны увеличивается до 1,5 эВ при уменьшении среднего размера частиц до 35 нм.
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Готовят водные растворы ацетата свинца Pb(CH3COO)2 и диамида тиоугольной кислоты (NH2)2CS. Затем к ацетату свинца добавляют цитрат натрия NA3C6H5O7 в качестве комплексообразователя и гидроксид натрия NaOH для получения pH раствора в пределах 10-13. Затем к полученному раствору добавляют диамид тиоугольной кислоты. При этом соотношение исходных компонентов получают равным ацетат свинца : диамид тиоугольной кислоты : цитрат натрия : гидроксид натрия = 1:1÷2:0,1÷2:1÷8. Осаждение из раствора, например, на стеклянную подложку осуществляют при температуре 20-35°C в течение 10-50 минут. Размеры частиц полученной пленки определяют рентгено-дифракционным методом и с помощью сканирующей электронной микроскопии. Ширину запрещенной зоны определяют из спектров оптического поглощения.
Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами конкретного исполнения.
Пример 1. Готовят водный раствор 20 мл (0,5 М) ацетата свинца Pb(CH3COO)2 и 10 мл (1М) диамида тиоугольной кислоты (NH2)2CS. Затем к раствору ацетата свинца добавляют 10 мл (0,5М) цитрата натрия NA3C6H5O7 и 20 мл (2М) гидроксида натрия NaOH. Затем к полученному раствору добавляют раствор диамида тиоугольной кислоты и 140 мл дистиллированной воды. При этом pH раствора равно 12,8. Соотношение исходных компонентов равно ацетат свинца : диамид тиоугольной кислоты : цитрат натрия : гидроксид натрия = 1:1:0,5:4. Осаждение из раствора на стеклянную подложку осуществляют при температуре 20°C в течение 50 минут. Данные по размеру частиц и ширине запрещенной зоны приведены в табл. (образец 6).
Пример 2. Готовят водный раствор 20 мл (0,5 М) ацетата свинца Pb(СН3СОО)2 и 10 мл (1М) диамида тиоугольной кислоты (NH2)2CS. Затем к раствору ацетата свинца добавляют 2 мл (0,5М) цитрата натрия Na3C6H5O7 и 20 мл (2М) гидроксида натрия NaOH. Затем к полученному раствору добавляют раствор диамида тиоугольной кислоты и 148 мл дистиллированной воды. При этом pH раствора равно 12,8. Соотношение исходных компонентов равно ацетат свинца : диамид тиоугольной кислоты : цитрат натрия : гидроксид натрия = 1:1:0,1:4. Осаждение из раствора на стеклянную подложку осуществляют при температуре 35°C в течение 10 минут. Данные по размеру частиц и ширине запрещенной зоны приведены в табл.(образец 4).
Таким образом, авторами предлагается способ получения наноструктурированных тонких пленок сульфида свинца, активных в ближнем инфракрасном диапазоне, обеспечивающий расширение рабочего спектрального диапазона и позволяющий получать ширину запрещенной зоны в заранее указанном диапазоне за счет получения пленок с заданным заранее размером частиц.
Claims (1)
- Способ получения тонких пленок сульфида свинца, активных в ближнем инфракрасном диапазоне, включающий осаждение из водного раствора смеси ацетата свинца и диамида тиоугольной кислоты в присутствии цитрата натрия и гидроксида натрия, отличающийся тем, что исходные компоненты берут в соотношении, равном ацетат свинца: диамид тиоугольной кислоты : цитрат натрия : гидроксид натрия = 1:1÷2:0,1÷2:1÷8, и осаждение ведут при температуре 20-35°C в течение 10-50 минут.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014108435/05A RU2553858C1 (ru) | 2014-03-04 | 2014-03-04 | Способ получения тонких пленок сульфида свинца |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014108435/05A RU2553858C1 (ru) | 2014-03-04 | 2014-03-04 | Способ получения тонких пленок сульфида свинца |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2553858C1 true RU2553858C1 (ru) | 2015-06-20 |
Family
ID=53433806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014108435/05A RU2553858C1 (ru) | 2014-03-04 | 2014-03-04 | Способ получения тонких пленок сульфида свинца |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2553858C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108793235A (zh) * | 2018-09-20 | 2018-11-13 | 昌吉学院 | 一种利用氨法脱硫废液制备硫化铅的方法 |
| RU2738586C1 (ru) * | 2019-10-31 | 2020-12-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ЗАМЕЩЕНИЯ PbCdS ПУТЕМ ИОНООБМЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ПЛЕНОК CdS |
| RU2808317C1 (ru) * | 2023-03-23 | 2023-11-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения фоточувствительных пленок сульфида свинца |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3017296A (en) * | 1957-02-19 | 1962-01-16 | Eastman Kodak Co | Process for making photoconductive lead sulfide films |
| SU371963A1 (ru) * | 1971-02-02 | 1973-03-01 | М. ГЕИ екг УДК | Способ получения пленок сульфида свинца |
| SU380684A1 (ru) * | 1970-07-03 | 1973-05-15 | Авторы изобретени витель | Состав для получения фоточувствительных слоев сульфида свинца на подложках |
| US6448148B2 (en) * | 2000-03-17 | 2002-09-10 | Tokyo Institute Of Technology | Method for forming a thin film |
| RU2236033C2 (ru) * | 2002-10-10 | 2004-09-10 | Государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" | Способ получения фоточувствительных слоёв сульфида свинца |
-
2014
- 2014-03-04 RU RU2014108435/05A patent/RU2553858C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3017296A (en) * | 1957-02-19 | 1962-01-16 | Eastman Kodak Co | Process for making photoconductive lead sulfide films |
| SU380684A1 (ru) * | 1970-07-03 | 1973-05-15 | Авторы изобретени витель | Состав для получения фоточувствительных слоев сульфида свинца на подложках |
| SU371963A1 (ru) * | 1971-02-02 | 1973-03-01 | М. ГЕИ екг УДК | Способ получения пленок сульфида свинца |
| US6448148B2 (en) * | 2000-03-17 | 2002-09-10 | Tokyo Institute Of Technology | Method for forming a thin film |
| RU2236033C2 (ru) * | 2002-10-10 | 2004-09-10 | Государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" | Способ получения фоточувствительных слоёв сульфида свинца |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108793235A (zh) * | 2018-09-20 | 2018-11-13 | 昌吉学院 | 一种利用氨法脱硫废液制备硫化铅的方法 |
| RU2738586C1 (ru) * | 2019-10-31 | 2020-12-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ЗАМЕЩЕНИЯ PbCdS ПУТЕМ ИОНООБМЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ПЛЕНОК CdS |
| RU2808317C1 (ru) * | 2023-03-23 | 2023-11-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения фоточувствительных пленок сульфида свинца |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Byzynski et al. | The interplay between morphology and photocatalytic activity in ZnO and N-doped ZnO crystals | |
| Kumar et al. | Characterization of PbS nanoparticles synthesized by chemical bath deposition | |
| Dalvand et al. | One-dimensional cadmium sulfide (CdS) nanostructures by the solvothermal process: Controlling crystal structure and morphology aided by different solvents | |
| Yadav et al. | Role of precursors in controlling the size, shape and morphology in the synthesis of copper sulfide nanoparticles and their application for fluorescence detection | |
| Wahab et al. | Fabrication and growth mechanism of hexagonal zinc oxide nanorods via solution process | |
| Kumar et al. | Biodegradability study and pH influence on growth and orientation of ZnO nanorods via aqueous solution process | |
| Ovchinnikov et al. | Optical and structural properties of ensembles of colloidal Ag 2 S quantum dots in gelatin | |
| Wang et al. | A sonochemical method for the selective synthesis of α-HgS and β-HgS nanoparticles | |
| Lv et al. | Monodisperse CdSe quantum dots encased in six (100) facets via ligand-controlled nucleation and growth | |
| Hedayati et al. | Fabrication and characterization of zinc sulfide nanoparticles and nanocomposites prepared via a simple chemical precipitation method | |
| Dalvand et al. | Controlling morphology and structure of nanocrystalline cadmium sulfide (CdS) by tailoring solvothermal processing parameters | |
| Pandey et al. | Development and optical study of hexagonal multi-linked ZnO micro-rods grown using hexamine as capping agent | |
| Tohidi et al. | Effect of TEA on photoluminescence properties of PbS nanocrystalline thin films | |
| Fernando et al. | Control of the crystalline phase and morphology of CdS deposited on microstructured surfaces by chemical bath deposition | |
| Anžlovar et al. | Basic zinc carbonate as a precursor in the solvothermal synthesis of nano-zinc oxide | |
| RU2553858C1 (ru) | Способ получения тонких пленок сульфида свинца | |
| Dris et al. | A study of cadmium sulfide nanoparticles with starch as a capping agent | |
| Yousefi et al. | Precipitator concentration-dependent opto-structural properties of MgO nanoparticles fabricated using natural brine | |
| Kim et al. | Anionic precursor-mediated morphology-controlled synthesis of ZnS nanostructures: Morphology-dependent tunable photoluminescence in the visible region and pulsed laser-induced efficient reduction of Cr (VI) | |
| Salavati-Niasari et al. | Schiff-base assisted synthesis of lead selenide nanostructures | |
| Harish et al. | Chemical synthesis and properties of spindle-like CuO nanostructures with porous nature | |
| Sheikhiabadi et al. | The single source preparation of rod-like mercury sulfide nanostructures via hydrothermal method | |
| Sofronov et al. | Formation of ZnS nano-and microparticles from thiourea solutions | |
| Kant et al. | Effect of Mn-adding on microstructure, optical and dielectric properties Zn0. 95Al0. 05O nanoparticles | |
| Faraji et al. | Study of the synthesis process of MoO3 to MoS2 thin films deposited by spray pyrolysis: the effect of [S/Mo] mole concentration and sulfurization process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180305 |