[發明專利]選擇性吸收日盲區紫外光的Mn摻雜ZnS超細納米線及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710558501.5
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN109233818B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 李運超;李冬;邢觀潔;蔡文昊
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: C09K11/57
• 分類號: C09K11/57;C09K11/88;G01J1/50;B82Y20/00;B82Y40/00
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本發明涉及納米材料領域，具體涉及選擇性吸收日盲區紫外光的Mn摻雜ZnS超細納米線及其制備方法和應用。本發明利用低溫原位組裝生長與可控摻雜的新方法制備了Mn摻雜ZnS超細納米線，其線徑為0.8nm,帶隙為4.44eV，能高選擇性吸收日盲區(即UVC波段)紫外光；另外該納米線通過Mn離子摻雜還可發射具有較高量子產率的紅橙色熒光。將上述Mn摻雜ZnS超細納米線與ZnSe以及ZnTe超細納米線結合所構造的光致變色卡，可實現對UVC、UVB和UVA波段紫外光的可視化檢測，并且具備低成本、可視化、便攜化、檢測快速等特點。

技術領域

本發明涉及納米材料領域，具體涉及選擇性吸收日盲區紫外光的Mn摻雜ZnS超細納米線及其制備方法和應用。

背景技術

紫外線包括三個輻射波段，分別為短波紫外線，即UVC 220-290nm；中波紫外線，即UVB，290-320nm；和長波紫外線，即UVA，320-400nm。太陽紫外輻射在通過大氣層時，大氣層中的臭氧層對200～290nm紫外輻射具有強烈的吸收作用，這一波段紫外輻射在近地大氣中幾乎不存在，由于該波段區的太陽輻射在大氣層中，尤其在海平面附近大氣層中基本為零，所以，該波段不受太陽輻射影響，形成所謂的日盲區。

相比于UVB和UVA，UVC對人體的傷害最大，不同波段的紫外光在日常的生產和生活中普遍存在，因此，對不同波段紫外光(尤其是UVC波段)的檢測有利于預防紫外線對皮膚的損傷。另外，UVC波段紫外光由于可以不受太陽背景輻射的影響，使其檢測具有更高的靈敏度和信噪比。因此在導彈預警和跟蹤、高壓電弧光放電監測、火焰傳感、以及食品與醫療行業的消毒監測等領域都有重要的應用價值。因而，開發一種能夠檢測不同波段紫外光(尤其是UVC波段)的器件是極為必要的。

目前檢查不同波段紫外線的常用裝置包括UV探測器和光致變色卡。現有UV探測器雖然可以分別實現對不同波段紫外光的檢測。但是,這些器件不僅需要復雜且昂貴的濾波系統，而且還需要高的工作電壓和功耗且不便于攜帶，從而在實際應用中受限。因此，開發一種低成本、可視化、靈敏快速的、便攜的光致變色卡被看作是一種檢測不同波段紫外線的理想候選者。

制備能高選擇性吸收UVC波段紫外光的材料是構建光致變色卡的關鍵所在。有機染料或寬帶隙的半導體材料被看作是一種制備UVC光致變色卡的候選材料。遺憾的是由于難以制備出選擇性吸收日盲區紫外光的有機染料，因此必須通過增加濾過系統才能實現高選擇性的日盲區吸收。寬帶隙半導體材料，例如AlGaN、Ga₂O₃、MgZnO、MgS、ZnMgS等，通常需要利用分子束外延法或氣相沉積法來制備，不僅制備工藝復雜、成本高昂，而且材料很難從襯底上剝離，從而限制了更廣泛的應用。相較而言，若能把濕化學法制備的常規寬帶隙半導體納米線線徑顯著降低，而使其帶隙拓寬至4.28eV以上，則有可能制備出對UVC波段有高選擇性吸收的廉價新材料。遺憾的是到目前為止，尚沒有能選擇性吸收日盲區紫外光的超細ZnS納米線的報道，特別是兼有明亮熒光發射的超細ZnS納米線以及能檢測不同波段紫外光的納米線基光致變色卡的報道。造成上述現象的原因在于將常規超細納米線的帶隙拓寬至4.28eV以上是極為困難的，這需要將其線徑嚴格控制在2.0nm甚至是1.0nm以內、且需保證尺度的高度單分散性。此外，通常超細納米線由于存在較多的表面缺陷，而很難擁有良好的熒光發射性能。正是由于超細納米線在超細線徑控制方面的難度以及其結構上的脆弱性，需要綜合考慮多種反應工藝參數對產物納米線質量、結構穩定性以及光學性質的影響，因此其合成及光學性質的調控存在極大的挑戰性。

發明內容

為了解決上述問題，提出并完成了本發明。

本發明的目的是提供一種選擇性吸收日盲區(UVC波段)紫外光的Mn摻雜ZnS超細納米線。

本發明的再一目的是提供制備上述選擇性吸收日盲區(UVC波段)紫外光的Mn摻雜ZnS超細納米線的方法。本發明的再一目的是提供能檢測不同波段紫外光的納米線基光致變色卡。