[發明專利]納米級的AgGaS2非線性光學晶體的合成方法

在審

• 申請號: 201310606329.8
• 申請日: 2013-11-26
• 公開（公告）號: CN103643296A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 黃烽;周江聰;王元生
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C30B29/46
• 分類號: C30B29/46;C30B27/00;G02F1/355
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及納米合成、非線性光學晶體以及半導體等領域

背景技術：

AgGaS₂是目前常用的一種高性能非線性光學晶體，常被應用于激光倍頻和混頻。同時AgGaS₂也是一種直接帶隙半導體材料，其禁帶寬度2.7eV，具有較大的激子波爾半徑。若能合成出尺寸在納米級的AgGaS₂晶體，則能夠呈現較明顯的量子尺寸效應，從而獲得新穎的非線性光電性能，例如高效的多階非線性光頻/光電轉換性能。這對于光電器件小型化、多功能化具有重要意義。

目前，利用化學方法合成高純度的AgGaS₂這種多元硫化物納米材料具有較大的難度。另一方面，從應用的角度來說，非線性光學晶體材料需要暴露特定的晶面才能滿足光學相位匹配的要求。因此，即便能夠成功合成出AgGaS₂納米晶，如果其形貌不均勻，暴露面呈現隨機性（既不能統一暴露特定的晶面），就不能體現出非線性光學特性，不具備實際應用價值。

國內的許多研究人員都嘗試通過化學方法合成AgGaS₂納米晶。例如，北京大學的嚴純華教授通過水熱法合成出了尺寸形貌都極不均勻的AgGaS₂納米晶；上海交通大學的錢學峰教授用溶劑熱法合成出了尺寸較為均勻的AgGaS₂納米晶，然而其平均尺寸在50納米左右，遠大于其波爾半徑，因此沒有明顯的量子尺寸效應。目前，還沒有合適的化學合成配方能夠制備出大小在10-20納米左右，尺寸與形貌都均一的AgGaS₂納米晶。

本發明提出一種化學合成方法，采用氮氣保護下的高溫共沉淀法，以Ag₂S納米晶作為晶種和催化劑，成功合成出了平均尺寸為15納米，尺寸與形貌都極其均勻的AgGaS₂納米晶。與以往的文獻報道不同，用本方法制備AgGaS₂納米晶呈現均一的金字塔形狀，每一個納米晶都具有統一的暴露晶面：四個側面均為<112>晶面族，底面為（001）晶面。

發明內容：

本發明提出一種有效的合成方法，用于合成平均尺寸為15納米，尺寸與形貌都均勻的AgGaS₂納米晶；本方法的創新之處在于以單分散的Ag₂S納米晶作為晶種和催化劑，用以輔助AgGaS₂納米晶的形成。

本發明的合成方法具體為：

第一步，生成單分散的Ag₂S納米晶：將Ag鹽（硝酸銀或油酸銀）和硫粉分別溶解于油胺中，在60℃的溫度下將二者混合，并保溫10分鐘，就可生成單分散Ag₂S納米晶。

第二步，合成AgGaS₂納米晶：將Ag₂S納米晶、硫粉與Ga鹽（硝酸鎵或乙酰丙酮鎵）一起溶于油胺、油酸、硫醇和十八烯混合溶劑中，在氮氣氣氛下加熱到250-280℃的溫度，反應1-2小時就得到平均尺寸為15納米，尺寸與形貌都均一的AgGaS₂納米晶。

采用本發明的化學方法合成出的AgGaS₂納米非線性晶體，尺寸、形貌均一，大小為15納米。目前為止所有文獻上均未見小于該尺寸的AgGaS₂非線性納米晶。不僅如此，本方法得到的AgGaS₂非線性納米晶，具有統一的晶體學暴露面，因此極具實際應用價值。

附圖說明

圖1、實施例1中作為晶種兼催化劑的Ag₂S納米晶的透射電鏡照片。

圖2、(a)實施例1中合成的AgGaS₂非線性納米晶透射電鏡照片,(b)放大的高分辨，(c)AgGaS₂非線性納米晶的晶體學分析。

圖3、不同反應時間的產物的透射電鏡照片(圖a-f分別對應反應時間為1分鐘、3分鐘、5分鐘、10分鐘、20分鐘以及30分鐘的產物，圖g為產物演變示意圖)。

圖4、實施例2中合成的AgGaS₂非線性納米晶透射電鏡照片。

圖5、實施例3中合成的AgGaS₂非線性納米晶透射電鏡照片。

具體實施方式

實例1:納米級AgGaS₂非線性納米晶的合成