[發(fā)明專利]一種快速高效制備硫化銅納米薄膜的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410179772.6
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103938189A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏國棟;王素梅
• 申請（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C23C18/00
• 分類號: C23C18/00;C01G3/12;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 張貴賓

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機(jī)材料領(lǐng)域，特別涉及一種快速高效制備硫化銅納米薄膜的液相方法。

背景技術(shù)

金屬硫化物具有優(yōu)異的光電磁性能和催化性能，成為無機(jī)材料領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。特別是硫化銅，自從1954年發(fā)明硫化鎘與硫化銅異質(zhì)結(jié)太陽能電池以來日益引人注目。硫化銅是一個非常復(fù)雜的體系，存在許多不同配比的物相組成，如銅藍(lán)(CuS)，斜方藍(lán)輝銅礦(Cu_1.7S)，藍(lán)輝銅礦(Cu_1.8S)，久輝銅礦(Cu_1.95S)及輝銅礦(Cu₂S)。硫化銅有不同的晶體結(jié)構(gòu)，如六方，斜方，準(zhǔn)立方及正方晶系，因此，控制反應(yīng)過程，制備單一物相的硫化銅是很有意義的，但也是一個很大的挑戰(zhàn)。

硫化銅具有無毒和價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，是一種重要的過渡金屬硫化物,?具有良好的催化活性、可見光吸收、光致發(fā)光、三階非線性極化率和三階非線性響應(yīng)速度等性能,?在太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換開關(guān)、氣敏傳感器等領(lǐng)域具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。而且，由于量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng),?硫化銅納米晶材料具有塊體材料無法比擬的光電特性、催化能力、高電導(dǎo)率和高能電容特性而成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)之一。

目前制備硫化銅薄膜的方法主要有化學(xué)氣相沉積法(例如Phase-Controlled?Deposition?of?Copper?Sulfide?Thin?Films?by?Using?Single-Molecular?Precursors.?European?Journal?of?Inorganic?Chemistry,?2014,?3,?533.)、電化學(xué)沉積（Growth?of?single-crystal?copper?sulfide?thin?films?via?electrodeposition?inionic?liquid?media?for?lithium?ion?batteries,?Journal?of?Material?Chemistry,?2012,22,?5295.）、連續(xù)離子層吸附反應(yīng)法、溶膠-凝膠法(例如微波水熱輔助溶膠-凝膠法制備硫化銅薄膜的方法,?CN?201110375910.4.)、化學(xué)浴沉積法(例如一種低溫快速沉積硫化銅納米薄膜的方法，?CN?200910088841.1.)等。然而這些方法通常需要昂貴的儀器、嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)條件、和/或者較長的反應(yīng)時間。因此，尋找一種低成本、簡易、高效的制備技術(shù)，對于硫化銅薄膜在半導(dǎo)體和光電子領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用是極為重要和迫切的。

最近發(fā)展的單源前驅(qū)體原位分解法，可以高效快速的制備納米薄膜。例如，二乙基二硫代氨基甲酸鹽前驅(qū)體可以直接在襯底上生成金屬硫化物納米結(jié)構(gòu)薄膜(例如J.?Mater.?Chem.?2010,?20,6612-6617.?Synthesis?of?metal?sulfide?nanomaterials?via?thermal?decomposition?of?single-source?precursors)。然而，這種方法需要在惰性氣氛下加熱到250以上分解前驅(qū)體。因此，尋找新的可低溫分解的前驅(qū)體將可以快速而高效的制備硫化銅薄膜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可以在空氣中低溫分解單源前驅(qū)體制備硫化銅納米薄膜或顆粒層的方法，實(shí)現(xiàn)無機(jī)薄膜的簡易高效制備，更易于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。

本發(fā)明具體的技術(shù)方案如下：

(1)?合成單源前驅(qū)體：采用沉淀法合成單源黃原酸銅前驅(qū)體；

(2)?制備前驅(qū)體溶液：將單源黃原酸銅前驅(qū)體溶解在吡啶或含吡啶基團(tuán)溶劑中，制備出均勻的濃度為0.01-2.5g/ml的黃原酸銅前驅(qū)體溶液；

(3)?制備硫化銅薄膜：將黃原酸銅前驅(qū)體溶液涂覆到清洗好的襯底上形成前驅(qū)體薄膜，然后經(jīng)過一定溫度、時間和氣氛的退火，就可得到硫化銅薄膜或顆粒層。

所述黃原酸銅前驅(qū)體為不同鏈長的烷基，即乙基黃原酸銅、丙基黃原酸銅、異丙基黃原酸銅、丁基黃原酸銅、異丁基黃原酸銅、叔丁基黃原酸銅、戊基黃原酸銅、異戊基黃原酸銅和叔戊基黃原酸銅中的一種或幾種。