[發明專利]一種利用旋轉涂覆制備納米CdS/PVA薄膜復合材料的方法

在審

• 申請號: 201210157023.4
• 申請日: 2012-05-21
• 公開（公告）號: CN103419458A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 楊桂生;方永煒;孫利明
• 申請（專利權）人: 合肥杰事杰新材料股份有限公司
• 主分類號: B32B37/02
• 分類號: B32B37/02;B32B27/06;B32B27/18;B32B27/30
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于納米復合材料領域，涉及一種納米CdS/PVA薄膜復合材料的制備方法。

背景技術

金屬硫族化合物(硫化物、硒化物、碲化物)作為重要的直接帶隙型半導體材料廣泛應用于各種發光二極管、非線性光學材料、光敏傳感器材料、太陽能電池和光化學催化材料等領域，受到物理學家和化學家的重視。由于其特殊的光電子性質，它們可望成為制備新一代固體電子、光電子器件的材料。研究者們開發了一系列的方法來制備納米尺寸的金屬硫族化合物半導體材料。

①元素直接反應

利用元素直接反應制備二元金屬硫屬化合物，通常采取高溫氣相一固相反應的方式，但得到的產物粒徑較大。Parkin等人[4（B.Li,Y.Xie,J.X.Huang,H.L.Su,Y.T.Qian,Solvothermal?synthesis?to?NiE2(E=Se,Te)nanorods?at?low?temperature,NanoStructured?Materials,1999,11:1067-107）,5（S.H.YuL.Shu,J.Yang,Z.H.Han,Y.T.Qian,Y.H.Zhang,Solvothermal?decomposition?process?for?fabrication?and?particle?sizes?control?of?Bi2S3?nanowires,Journal?of?Materials?Research,1999,14:4157-4162）]將金屬((Pb,Ag,Zn,Cd等)和S(或Se,Te)在液氨中反應合成出一系列金屬硫屬化合物.液氨溶解單質硫形成一系列硫一氮(S2N-,S3N-,S4N-)和多硫離子(S62-,S42-)，它們具有較強的氧化性，氧化金屬單質后得到無定形的ZnS,ZnSe,CdS,CdSe納米微粒。

②氣-液相沉淀反應

直接將H₂S或H₂Se氣體通到金屬離子的溶液中，控制一定條件進行沉淀反應，可以制備硫化物或硒化物納米粒子。這種方法可以通過改變反應溶液的pH值、反應物濃度及反應時間來控制粒子的最終尺寸，但是在反應過程中需要采用毒性較大的H₂S或H₂Se氣體，而且反應條件比較苛刻，使這種方法受到很大的限制。

③化學浴沉積法

化學浴沉積法(Chemical?Bath?Deposition?Method，簡稱CBD)，是一種制備半導體納米材料，特別是膜材料的簡便方法。對于那些溶解度極低的硫化物，可以將金屬鹽和硫源(NaHS,Na₂S,H₂S,CS₂等)在水溶液中混合沉淀。反應生成的無機微粒沉積在基質上，改變反應物的濃度和沉積的時間，就可以得到不同厚度的半導體納米薄膜。這些薄膜材料在太陽能利用等方面有著巨大的應用前景。該反應路線簡單，但得到的納米粒子通常為非晶膠粒，而且對于不同的前驅體，溶液的pH值需要相應的改變。

④有機金屬化合物交換反應

交換反應的另一條反應途徑是使交換過程在有機物與無機化合物或有機金屬化合物之間進行。例如:

CdMe₂+[(Me₃Si)₂S]→CdS+2Si(CH₃)₄

反應生成的有機副產物具有很強的共價鍵，推動反應的進行。有機金屬化合物前驅體在許多溶劑中可以穩定的存在，便于在介質中制備分散的納米顆粒。

研究中還存在著許多急需解決的問題：

對于CdS納米粒子的制備方面，用有機物對CdS納米粒子表面進行修飾來控制納米粒子的粒徑和粒徑分布，表面修飾劑能增加納米粒子的穩定性和可分散性。目前多采用苯硫酚或硫醇基團對CdS表面進行修飾，但苯硫酚對CdS納米粒子的熒光具有強烈的淬滅作用，同時硫醇本身較強的毒性都制約了它們的應用。

對于CdS納米線的制備，利用溶劑熱方法制備出了CdS納米棒，該種方法避免了以往一些制備納米線方法采用較高的溫度、有毒的反應物和使用特殊的設備等缺點。但是乙二胺只能促進CdS粒子沿[001]方向的生長，它卻不能限制CdS側面的長大，因而單純使用乙二胺往往只能得到短而粗的CdS納米棒。