具有减反射微纳结构的碳基纳米颗粒薄膜及制备方法

文档序号:8959994阅读:477来源:国知局
具有减反射微纳结构的碳基纳米颗粒薄膜及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属、半导体纳米颗粒薄膜领域,具体涉及一种具有减反射微纳结构 的复合固溶半导体耦合的碳基纳米颗粒薄膜及制备方法。
【背景技术】
[0002] 红外传感是一门重要的技术,被广泛应用于能源、环境科学、医疗工程和公共安全 等领域,如能源计量、环境污染监测、远程遥控、热成像、夜视、热光电、医疗成像、光通信、火 警检测、监测、工业过程控制、分析检测等等。大多数红外检测可分为三类:辐射热型、热电 型和光电型红外检测。
[0003] 先前,能达到实际应用要求的红外传感器件大多数为制冷型红外传感器。然而由 于低温制冷器的缘故,使得制冷型红外探测器制作成本太高,同时整机的使用寿命有限,且 体积较大、重量较重、高能耗,从而限制了其广泛应用。为了降低制造成本和使用能耗,科学 家们采用硅材料、有机材料制备了非制冷型红外探测器。但是这些材料制备的红外探测器 对于SOOnm以外的红外波段的红外探测性能极低。为了扩展红外检测的波谱范围,一些纳 米材料被应用于开发、制备红外传感材料,如单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米管复合 材料、碳纳米颗粒及石墨稀,其红外探测灵敏度达7% -52. 9%。同时,基于多成分复合纳米 材料调制、优化单一成分纳米材料的光、电学性能机制,在过去的十多年里,大量金属纳米 颗粒(如:Pt、Au、Ag纳米颗粒)或半导体纳米颗粒(如CdSe、CdS、PdSn纳米颗粒)通过 共价或非共价与碳纳米管或石墨稀复合的红外传感材料应运而生,从而有效的调制、优化 了碳纳米管红外传感器的性能。然而,对于金属纳米颗粒来说,虽然其等离子振荡加强电磁 场能量局域汇集放大,但分散金属纳米颗粒较有益于促进可见光的吸收;对于CdSe、CdS、 PdSn纳米颗粒来说不仅优于紫外到可见光波区域的吸收(250-500nm),而且还具有一定的 毒性,因此均限制了高效、绿色红外传感材料的开发。对于绿色红外传感材料的广泛应用, 不仅要求材料具有优异的红外吸收性能,还需要具有无毒性。CuS、Cu2S纳米半导体材料不 仅为价格低廉的环境友好型材料,还具有宽波段近红外光吸收性能(SOO-HOOnm),从而广 泛被人们所关注,并制备了无毒性红外探测材料。
[0004] 然而,目前的红外传感材料微纳结构简单,且由于受目前制备工艺的限制,很难自 组装这些纳米红外传感材料形成具有相应微纳功能结构的宏观尺度薄膜或块体红外传感 材料。
[0005] 仿生遗态模板法,能有效的突破传统工艺的限制,制备具有亚微米精细功能结构 的纳米功能材料,因为经过数亿年的演化,自然界进化出了大量具有相应功能的精细结构。 并且利用仿生遗态技术制备了大量具有优异红外响应特性的仿生红外探测材料,如掺杂单 壁碳纳米管的蓝闪蝶翅红外热探测材料、局域沉积金纳米材料的蓝闪蝶翅红外热探测材料 及仿喜高温甲虫红外探测器等。然而这些仿生遗态红外探测功能器件均属于辐射热型红外 探测器,很少有报道基于热电或光电型的仿生遗态红外探测材料。

【发明内容】

[0006] 本发明的一个目的在于提供一种具有减反射微纳结构的复合固溶半导体耦合的 碳基纳米颗粒薄膜的制备方法,以实现制备一种具有减反射微纳结构的宏观尺度的碳基纳 米颗粒薄膜,并且该薄膜的纳米颗粒为具有复合固溶半导体耦合效应的纳米颗粒。
[0007] 本发明的另一个目的在于提供一种具有减反射微纳结构的复合固溶半导体耦合 的碳基纳米颗粒薄膜,其是一种宏观尺度的薄膜,可用做红外探测薄膜,以实现复合固溶半 导体耦合的碳基纳米颗粒薄膜具有宽波段光吸收性能、高效的光热转换性能以及良好的红 外光电效应,及热辅助红外探测性能的目的。
[0008] 为实现上述目的,本发明提出的技术方案如下:
[0009] -种具有减反射微纳结构的复合固溶半导体耦合的碳基纳米颗粒薄膜的制备方 法,包括以下步骤:
[0010] (1)选择一具有减反射微观结构的黑色吸光蝶翅;
[0011] (2)在所述蝶翅上化学沉积金属/半导体纳米颗粒;
[0012] (3)将化学沉积了所述金属/半导体纳米颗粒后的蝶翅进行碳化处理,使甲壳素 基蝶翅模板转换为不定型碳基模板,沉积在模板上的金属/半导体耦合的纳米材料转变为 复合固溶半导体纳米颗粒,碳化后的蝶翅与附着于其上的复合固溶半导体纳米颗粒组成复 合固溶半导体耦合的碳基纳米颗粒薄膜。
[0013] 较佳地,在所述步骤(1)和步骤(2)之间还包括:对蝶翅进行如下步骤的前处理及 活化处理:
[0014] a)将所述蝶翅置于无水乙醇中浸泡15~30min ;
[0015] b)清洗;
[0016] c)将所述蝶翅浸渍于体积分数为5 %~15 %的HNO3溶液中1~3h ;
[0017] d)清洗;
[0018] e)将所述蝶翅浸入乙二胺和无水乙醇的溶液中,其中乙二胺的质量分数为 10%~40%,浸泡3~IOh ;
[0019] f)清洗。
[0020] 较佳地,所述步骤(2)具体包括:
[0021] a)将所述蝶翅浸渍于一烧杯中,所述烧杯中装有金属离子溶液;
[0022] 将所述烧杯置于干燥箱中或恒温水浴中,通过干燥箱或恒温水浴进行升温和保 温。
[0023] 较佳地,所述蝶翅置于金属离子溶液中的时间为0. 1~24h,所述金属还原溶液的 温度为25~50°C。浸渍完成后将所述金属还原溶液冷却至室温后,取出所述蝶翅并清洗。
[0024] b)所述吸附金属离子的蝶翅浸渍于一烧杯中,所述烧杯中装有金属还原溶液,制 备得到吸附有金属纳米颗粒的蝶翅;
[0025] 较佳地,所述吸附金属离子的蝶翅置于金属还原溶液中的时间为0. l_6h,所述金 属还原溶液的温度为25~50°C。浸渍完成后将所述金属还原溶液冷却至室温后,取出所述 蝶翅并清洗。
[0026] c)所述吸附有金属纳米颗粒的蝶翅浸渍于一高压环境中,其中高压环境通过高压 腔体内介质比例及加热温度控制,所述高压腔体中装有合成半导体纳米颗粒的反应溶液; 提供上述高压环境的反应装置例如可以是高压反应釜。
[0027] 较佳地,浸渍于合成半导体纳米颗粒的反应溶液的时间为0. 5_36h,并置于高压腔 体中。所述高压腔体的温度为50~90°C。浸渍完成后将所述合成半导体纳米颗粒的反应 溶液冷却至室温后,取出所述蝶翅并清洗。
[0028] 较佳地,所述步骤(2)完成后,对化学沉积了金属/半导体耦合的纳米颗粒蝶翅进 行干燥处理。
[0029] 较佳地,将所述蝶翅放入真空干燥箱中,室温下抽真空干燥。
[0030] 较佳地,所述步骤(3)包括,将所述蝶翅置于可加热的装置例如管式炉中,抽真空 碳化,碳化温度为400~900°C,升温速率为1~5°C /min,保温时间1~3h。
[0031] 较佳地,所述金属离子溶液中的金属离子包括金属阳离子、络合金属离子中的一 种或几种。所述金属还原溶液包括柠檬酸钠、乳酸、二甲胺硼烷、丁二酸钠溶液,硼氢化钠溶 液或硼氢化钾溶液中的一种或几种。合成半导体纳米颗粒的反应溶液包括半导体阳离子, 阴离子。
[0032] 所述金属选自等离子体共振较强的贵金属如:Au、Ag、Cu ;所述半导体选自化合物 半导体,包括第III和第V族化合物(砷化镓、磷化镓等)、第II和第VI族化合物(硫化镉、硫 化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由III - V族化合物和II - VI族化合物组成 的固溶体(镓铝砷、镓砷磷等)中的一种或几种。
[0033] -种采用上述方法制备的具有减反射微纳结构的复合固溶半导体耦合的碳基纳 米颗粒薄膜,所述薄膜具有减反射微观结构,所述薄膜上的金属纳米颗粒的粒径为15~ 200nm〇
[0034] 较佳地,所述具有减反射微纳结构的复合固溶半导体耦合的碳基纳米颗粒薄膜为 一种红外光吸收,光热光电薄膜,该薄膜可以作为红外光吸收及光热光电转换器一体化的 红外光探测薄膜。
[0035] 以上提到的清洗的方法可选用任何业内常用方法,在本发明的具体实施例中,均 采用去离子水清洗。
[0036] 本发明方法通过利用生物机体即具有精细的微观结构的蝶翅作为模板,蝶翅模板 活化前处理后,将活化的蝶翅置于金属离子溶液中,使得金属离子吸附在蝶翅上,后将吸附 有金属离子的蝶翅浸渍于金属还原溶液中,从而制备出一种沉积有金属纳米颗粒的金属蝶 翅。再将该金属蝶翅置于合成半导体纳米颗粒的反应溶液中,化学沉积半导体纳米颗粒,之 后进行碳化处理。这种方法相比以往的纳米颗粒薄膜制备方法,具有成本低,能耗低,制备 过程简单、安全、稳定、耗时短,制备的薄膜结构精细、颗粒粒度均匀,较容易的实现了多成 分耦合的优点。
[0037] 本发明方法所制备的一种具有减反射微纳结构的复合固溶半导体耦合的碳基纳 米颗粒薄膜,是一种耦合了复合固溶半导体纳米颗粒与碳基蝶翅模板的薄膜。该薄膜结合
当前第1页1 2 3 4 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1