80nm红外入射光功率的数据分析 图。由图7所示，CUl.96S-Cu2S@C_T_FW红外传感薄膜的光电流强度与入射功率成线性关系。 当入射光功率增加时，CUl.96S-Cu2S@C_T_FW红外传感薄膜的光电流线性增加。Cu h96S-Cu2SO C_T_FW红外传感薄膜与之前的文献报道的单壁碳纳米管-硫化铜复合材料具有类似的线 性关系。
[0083] 本实施例制备了具有AQPS的复合半导体耦合的碳基纳米颗粒薄膜，可作为光热 辅助红外光探测功能薄膜材料。制备的CUl.96S-Cu2S@C_T_FW具有优异的宽波段红外吸收性 能和红外热辅助光电响应特性。与在0. 29 μ m-2. 5 μ m光波段具有优异的光吸收及光热转 换性能的BlueTec eta plus_Cu相比，在300-2500nm光波长区域内，其平均光吸收加强了 78. 5%;此外，CuL 96S-Cu2S@C_T_FW红外传感材料的红外响应变化达44. 9%并且具有很好 的可重复性。其低成本生产工艺及其优异的宽波段红外吸收性能和红外热辅助光电响应特 性对新型非制冷型红外探测材料的设计、制备具有重要的指导意义。
[0084] 本实施例结合化学合成及生物遗态模板技术，采用具有优异的光吸收结构（AQPS) 的T_FW作为模板，制备具有AQPS的复合固溶半导体耦合的碳基纳米颗粒薄膜Cu1.96S-Cu 2S@ C_T_FW，其可作为热辅助光电型红外感测、探测功能材料，突破了热辐射型仿生红外探测功 能材料的设计思想。CUl.96S-Cu2S@C_T_FW实现了复合固溶半导体纳米颗粒与AQPS吸光功能 结构，并结合了碳材料的电导性和红外光吸收性能。
[0085] 此外，本发明及本实施例的具有AQPS的复合半导体耦合的碳基纳米颗粒系统的 制备方法无需使用特殊设备，能耗低，从而使所得产品造价低廉。
[0086] 实施例2
[0087] 本实施例的碳基复合Cd2S纳米颗粒系统的制备方法，包括以下步骤：
[0088] (1)选择裳凤蝶前翅作为具有减反射微观结构的蝶翅；
[0089] (2)对选定的裳凤蝶前翅进行如下的前处理及活化处理：首先将蝶翅置于无水乙 醇中浸泡15min，去离子水清洗；然后将蝶翅浸渍在体积分数为5vol %的HNO3溶液中2h，取 出洗净；再将蝶翅放入质量分数为10%的乙二胺无水乙醇溶液中浸泡6h，之后取出，使用 去离子水清洗数次；上述步骤用以去除色素和杂质，并改善其表面吸附性能；
[0090] (3)沉积Au纳米颗粒：将活化处理后的上述蝶翅于15°C恒温下浸入氯金酸前驱体 溶液中l〇h，之后取出用去离子水清洗数遍；然后将蝶翅在0.1 M浓度的NaBH4溶液在30°C 下还原30min，之后再用去离子水清洗数遍，得到沉积有Au纳米颗粒的蝶翅；
[0091] (4)沉积CdS纳米颗粒：将步骤3)所得Au蝶翅浸渍于含有Cd2+和S 2溶液的KKTC 高压釜中，保温0. 5h，之后室温冷却至室温，取出后，去离子水清洗数遍，得到本实施例的 Au-CdS纳米颗粒系统。
[0092] (5)将以上所制备的Au-CdS纳米颗粒系统置于真空管式炉中，通过抽真空，使炉 腔保持真空环境。采用3°C /min的升温速度，从室温加热至450°C，并在450°C的温度下保 温lh。然后自然冷却至室温。获得最终的碳基复合Cd2S "蝶翅"功能材料。
[0093] 在本发明的教导下，本领域技术人员可以预见，本发明所列举的各原料和方法都 能实现本发明，以及各原料和工艺的上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举 实施例。
【主权项】
1. 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， 其特征在于，包括以下步骤： (1) 选择一具有减反射微纳结构的黑色吸光蝶翅； (2) 在所述蝶翅上化学沉积金属/半导体耦合的纳米颗粒； (3) 将化学沉积了所述金属/半导体耦合的纳米颗粒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所述复合固溶半导体纳米颗粒组成 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。2. 根据权利要求1所述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 粒薄膜的制备方法，其特征在于，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： I )将所述蝶翅置于无水乙醇中浸泡15~30min; II )清洗； III)将所述蝶翅浸渍于体积分数为5%~15%的HNO3溶液中1~3h; IV )清洗； V )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; VI)清洗。3. 根据权利要求1所述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 粒薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（2)具体包括： a) 将所述蝶翅浸渍于一金属离子溶液，并升温和保温进行吸附反应； b) 清洗； c) 将吸附有金属离子的蝶翅，浸渍于一金属还原溶液中，并升温和保温进行还原反应， 得到吸附有金属纳米颗粒的蝶翅； d) 清洗； e) 将吸附有金属纳米颗粒的蝶翅，浸渍于合成半导体纳米颗粒的反应溶液中，并进行 升温和保温，得到金属/半导体耦合蝶翅； f) 清洗； g) 干燥。4. 根据权利要求3所述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 粒薄膜的制备方法，其特征在于， 在所述步骤a)中，所述蝶翅置于金属离子溶液中的时间为0. 1~24h，所述金属离子溶 液的温度为25~50°C; 在所述步骤c)中，所述吸附有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; 在所述步骤e)中，所述吸附有金属纳米颗粒的蝶翅，浸渍于合成半导体纳米颗粒的反 应溶液中的时间为〇. 5-36h，温度为50~90°C; 在所述步骤g)中，所述金属/半导体耦合蝶翅置于真空干燥箱进行干燥，所述干燥箱 温度为25~60 °C。5. 根据权利要求3所述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 粒薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（2)的清洗过程为：浸渍完成后将所述金属离子 溶液，金属还原溶液及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。6. 根据权利要求1所述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 粒薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（3)包括，对所述蝶翅进行抽真空碳化，碳化温 度为400~700°C，升温速率为1~5°C/min，保温时间1~3h。7. 根据权利要求1所述的具有减反射微纳结构的复合固溶半导体耦合的碳基红外探 测薄膜的制备方法，其特征在于， 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及阴离子。8. 根据权利要求1所述的具有减反射微纳结构的复合固溶半导体耦合的碳基红外探 测薄膜的制备方法，其特征在于，所述金属选自等离子体共振较强的贵金属；所述半导体选 自化合物半导体，包括第III和第V族化合物、第II和第VI族化合物、氧化物或由III_V族化 合物和II-VI族化合物组成的固溶体中的一种或几种。9. 一种采用权利要求1~8中任一所述的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，其特征在于，所述薄膜具有减反射微纳结构，所述薄膜上 的复合固溶半导体纳米颗粒的粒径为15~200nm。10. 根据权利要求9所述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，其特征在于，所述薄膜为红外光热辅助光电效应薄膜，所述薄膜为红外光吸收及光 热转换、光电一体化的红外光检测薄膜。
【专利摘要】本发明公开了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其制备方法，该方法包括蝶翅的选择和前处理、活化处理，并在蝶翅上化学沉积金属/半导体耦合的纳米颗粒，真空碳化蝶翅等步骤。本发明制备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方法通过利用蝴蝶翅膀来制作复合固溶半导体纳米颗粒薄膜，制作过程简单、安全、稳定、成本低、耗能低，所制备的纳米颗粒薄膜实现了宏观大尺度化，且具有蝶翅的减反射微观结构。这种薄膜在红外光谱波段具有高吸收减反射性能，并且具有优异的红外光热转换性能，及光电效应，从而实现了红外热辅助红外探测，可将其应用其红外光电，红外探测。
【IPC分类】C23C16/56, C23C16/22, C23C16/06
【公开号】CN105177522
【申请号】
【发明人】张旺, 田军龙, 汪万林, 蔡年进, 潘峰, 刘庆雷, 张荻
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月8日