[發(fā)明專利]共振波長可調(diào)的Cu2S-ZnS二聚體異質(zhì)結(jié)納米天線及其合成方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201210433773.X
• 申請日: 2012-10-26
• 公開（公告）號: CN102969560A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃烽;徐桔;王元生
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米合成、半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)以及等離子共振納米天線等領(lǐng)域?

背景技術(shù)

近十年來，科研工作者們一直致力于研發(fā)各種各樣的光學(xué)器件，例如，發(fā)光器件、光探測器件以及光伏器件。為了改進(jìn)光學(xué)器件的性能，科研人員在器件上覆蓋一層表面等離子體共振材料來增強(qiáng)該器件在特定波段的吸收或發(fā)射，這樣一層材料被稱為“納米天線”。在光通訊領(lǐng)域中所用到的表面等離子體共振納米天線其共振波長位于1300?到1700?納米波段。?

目前被廣泛研究的納米天線材料主要是一些金屬材料（如金、銀、鋁）等，通過物理刻蝕的方法構(gòu)架這些材料的納米結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對其表面等離子共振波長的調(diào)控。我們知道，這些金屬材料價格不菲，而物理刻蝕的方法更是工序繁瑣，價格昂貴。因此，研發(fā)低成本的納米天線材料以及便宜高效的制備工藝在這一領(lǐng)域具有重要意義。近年來，英國的自然材料雜志（Nature?Materials，2011年11期361頁）以及美國化學(xué)會會志（Journal?of?the?American?Chemical?Society，2011年133期19072頁）先后發(fā)表了關(guān)于Cu₂S材料在近紅外波段的表面等離子體共振吸收的研究。這些研究表明Cu₂S材料可以作為一種價格低廉的新型紅外納米天線材料。而目前需要解決的就是如何以便宜高效的方法，設(shè)計并合成出共振峰可調(diào)諧的Cu₂S基的紅外納米天線。?

本發(fā)明利用簡易的化學(xué)方法合成出了一種新穎的Cu₂S-ZnS二聚體異質(zhì)結(jié)納米天線。該納米天線在溶液中具有良好的分散性，很容易被均勻涂覆在光學(xué)器?件上。該納米天線的工作波長在1390–1680?納米的波長范圍內(nèi)可以精確調(diào)控。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種新穎的Cu₂S-ZnS二聚體異質(zhì)結(jié)納米天線及其合成方法。本發(fā)明提出的Cu₂S-ZnS二聚體異質(zhì)結(jié)納米天線的結(jié)構(gòu)特征為長度7到20納米、寬度10到20納米、厚度5納米的ZnS納米板一端嵌入到直徑10到20納米的球狀Cu₂S納米晶中，形成二聚體結(jié)構(gòu)。?

本發(fā)明提出兩步法合成該納米異質(zhì)結(jié)：?

第一步，合成球狀Cu₂S納米晶：稱取摩爾比為1：60-100的油酸銅和十二硫醇，將之溶于油胺，并放入三頸瓶中攪拌；在氮?dú)鈿夥障录訜岬?20℃保溫30分鐘；然后加熱到210℃，反應(yīng)30分鐘；反應(yīng)結(jié)束后在溶液中加入酒精使產(chǎn)物沉淀，然后通過離心將產(chǎn)物分離；分離的產(chǎn)物先用CS₂洗滌，再用環(huán)己烷洗滌，最后將產(chǎn)物干燥，形成粉體。?

第二步，合成Cu₂S-ZnS異質(zhì)結(jié)納米天線：稱取0.025-0.050毫摩爾的球狀Cu₂S納米晶作為前驅(qū)物，分散于油胺中，在氮?dú)鈿夥障录訜岬?20℃保溫30分鐘；然后將該反應(yīng)液迅速加熱到230℃-240℃，配制摩爾比為1:6-24的油酸鋅和十二硫醇的混合溶液，并加入到反應(yīng)液中，在230℃-240℃溫度下反應(yīng)5-25分鐘；反應(yīng)結(jié)束后在溶液中加入酒精以使產(chǎn)物沉淀，通過離心將產(chǎn)物分離，最后將產(chǎn)物干燥，形成粉體。?

采用本發(fā)明提出的合成方法，可以獲得新穎的單分散Cu₂S-ZnS二聚體異質(zhì)結(jié)納米天線，其結(jié)構(gòu)特征為長度7到20納米，寬度10到20納米，厚度5納米的ZnS納米板一端嵌入到直徑10到20納米的球狀Cu₂S納米晶中。該納米天線的等離子共振峰隨著第二步反應(yīng)時間的延長而變化，其變化范圍在1390–1680?納米（見實施例2）。我們通過建立納米天線的等效電路模型，推導(dǎo)出了共振峰與第二步反應(yīng)時間的對應(yīng)關(guān)系，從而實現(xiàn)了對該納米天線的等離子共振峰的精確可調(diào)（見實施例1）。因此，本發(fā)明的單分散的Cu₂S-ZnS二聚體異質(zhì)結(jié)納米天線及其合成方法具有很強(qiáng)的實用價值。?

附圖說明

圖1、實施例1中合成的球狀Cu₂S納米晶的透射電鏡照片。?

圖2、Cu₂S-ZnS異質(zhì)結(jié)納米天線的透射電鏡照片，插圖為單個Cu₂S-ZnS異質(zhì)結(jié)三維結(jié)構(gòu)示意圖。??

圖3、實施例1合成的球狀Cu₂S納米晶以及Cu₂S-ZnS異質(zhì)結(jié)的紅外吸收光譜。?

圖4、ZnS的長度隨第二步反應(yīng)時間的變化曲線。?