一種PbTe膠體納米晶自組裝薄膜的製備方法
2023-05-14 18:52:16 1
專利名稱：一種PbTe膠體納米晶自組裝薄膜的製備方法
技術領域：
本發明屬於液相外延製備有序納米薄膜領域，具體涉及一種恆溫、恆壓、恆載氣流驅動的PbTe膠體納米晶自組裝薄膜的製備方法。
背景技術：
有序納米薄膜是電子、信息、生物等新技術發展的重要材料，對於未來的信息技 術、生物技術以及電子技術革命性的發展具有決定性的作用。PbTe膠體納米晶是借鑑 II-VI族膠體納米晶的膠體化學合成方法，即將Pb化合物和Te粉分別溶解在適當的有 機溶劑中，混合後採用高溫成核，低溫生長的方法，製備不同粒徑和性能的PbTe膠體納米 晶。(參見 J. E. Murphy, Μ. C. Beard, A. G. Norman, S. P. Ahrenkiel, J. C. Johnson, P. R. Yu, 0. I. Mic' ic' ,R. J. Ellingson,A. J. Nozik,"PbTe Colloidal Nanocrystals :Synthesis, Characterization, and Multiple Exciton Generation，，，J. Am. Chem. Soc. , vol. 128, 第 3241-3248 頁，Feb.，2006 和 J. J. Urban，D. V. Talapin, Ε. V. Shevchenko, C. B. Murray, "Self-Assembly of PbTeQuantum Dots into Nanocrystal Superlattices and Glassy Films，，，J.Am. Chem. Soc.，vol. 128，第 3248-3255 頁，Feb.，2006)。將納米晶組裝成性能 可調的有序膠體納米晶薄膜的一種控制自組裝方法是溶劑蒸發方法。目前，該方法的基 本過程是將PbTe膠體納米晶分散在甲苯與氯仿(或甲苯與四氯乙烯)的混合溶劑中，力口 熱混合溶劑，通過減少蒸汽壓(-3. 2kPa)，蒸發溶劑，濃縮PbTe納米晶溶液，使納米晶逐 漸從分散體系中緩慢的分離，最後獲得膠體納米晶自組裝薄膜。該方法通過加熱使PbTe 膠體納米晶獲得動能，同時採用加熱和負壓方法控制納米晶分離速度，使PbTe納米晶有 足夠的時間和動能組裝出有序薄膜(參見Ε. V. Shevchenko, D. V. Talapin, C. B. Murray, S. 0'Brien,"Structural Characterization of Self-AssembledMultifunctional Binary Nanoparticle Superlattices，，，J. Am. Chem. Soc. , vol. 128, 第 3620-3637 頁，Feb., 2006 禾口 D. V. Talapin, Ε. V. Shevchenko, Μ. I. Bodnarchukl，X. C. Ye, J. Chen, C. B. Murray, Quasicrystallineorder in self-assembled binary nanoparticle superlattices, Nature, vol. 461，第964-967頁，Oct.，2009)。我們這裡申請保護的是採用恆溫、恆壓、恆載 氣流驅動組裝結構高度有序的納米晶薄膜的組裝方法。目前，採用溶劑蒸發方法自組裝出性能可調的膠體納米晶薄膜，是通過溶液上 方的負壓值和加熱溫度的變化，實現對溶劑蒸發的調控而獲得(參見Ε. V. Shevchenko, D. V. Talapin，C. B. Murray,S. O'Brien,"StructuralCharacterization of Self-Assembled Multifunctional BinaryNanoparticle Superlattices，，，J. Am. Chem. Soc.，vol. 128，第 3620-3637頁，Feb.，2006)。由於在溶劑的蒸發過程中需要穩定的負壓環境，需要設備密封 性好，配備抽氣設備。同時在溶劑蒸發後會在基底上殘留納米晶溶液，影響納米晶自組裝薄 膜表面的均勻性。
發明內容
本發明的目的在於避免由於蒸發過程中要求的負壓環境而造成的設備複雜、不易 控制，提出了一種採用恆溫、恆壓、恆氣流驅動的PbTe膠體納米晶自組裝薄膜的製備方法。為達到上述目的，本發明採用的技術方案是1)在Ar氣保護和磁力攪拌下，將PbO和油酸溶於十八稀中在100 200°C下反應 直至PbO消失，製成鉛離子濃度為0.05 0.2mol/l無色透明的油酸鉛溶液，其中PbO 油 酸=1 2 6的摩爾比；2)在Ar氣保護和磁力攪拌下，將碲粉溶於三辛基磷中，在60 100°C的水浴中加 熱直至黑色碲粉完全消失，製成碲離子濃度為0. 1 lmol/1的三辛基碲溶液；3)取油酸鉛溶液加熱至150 200°C後向油酸鉛溶液中加入三辛基碲溶液反應 5 120s得混合溶劑，其中油酸鉛溶液與三辛基碲溶液中Pb Te = (1 5) (5 1) 的摩爾比；4)將混合溶劑移至100 180°C的油浴中保溫30 120s後再將其置於冷水浴中 使PbTe納米晶合成過程停止，待混合溶劑冷卻至30-50°C時，向混合溶劑中加入與混合溶 劑等體積的氯仿或正己烷磁力攪拌後，再加入混合溶劑1. 5 3倍體積的甲醇或丙酮，超聲 分散5 30分鐘得反應原液；5)將反應原溶液移至離心管中，放入離心機中以4800轉/分鐘離心20分鐘，將上 層澄清溶液倒出，向離心管的沉澱中加入混合溶劑等體積的氯仿或正己烷，超聲分散5 30分鐘，再加入混合溶劑1. 5 3倍體積的甲醇或丙酮，重複上述離心過程，將離心管中的 上層溶液倒出後，向離心管的沉澱中加入混合溶劑等體積的丙酮，超聲分散5 30分鐘，放 入離心機中4800轉/分鐘離心20分鐘，將離心管中的上層溶液倒出，向離心管的沉澱中加 入正己烷製成濃度為10 20mg/ml的PbTe納米晶正己烷溶液；6) PbTe納米晶正己烷溶液與正己烷按1 50-200的體積比混合後超聲分散20分 鍾後，將分散後的PbTe納米晶正己烷溶液用220納米的針頭過濾器過濾，向過濾後的溶液 加入正辛烷得PbTe膠體納米晶混合溶液，其中過濾溶液與正辛烷的摩爾比為7 10 1 ；7)將配製好的PbTe膠體納米晶混合溶液倒入底部放有基片的廣口瓶中，將廣口 瓶放入開設有進氣、出氣口的恆溫、恆壓、恆載氣流驅動的PbTe膠體納米晶自組裝薄膜裝 置中，在恆Ar氣保護下，將納米晶自組薄膜裝置置於恆溫水浴中，恆溫水浴溫度30 60°C， 溶劑蒸發2 24小時後將基片從廣口瓶中取出，放置在勻膠機上，以6000轉/秒進行甩膜， 甩膜時間10-120S，得到PbTe納米晶組裝的薄膜。本發明實現了 PbTe納米晶薄膜的高度有序組裝的穩定結構。在該方法中，通過水 浴加熱和在溶劑上方提供恆氣流，實現溶劑上方的恆定氣壓，控制納米晶溶液的蒸發速度， 實現PbTe納米晶薄膜組裝過程的控制和調節PbTe納米晶自組裝薄膜的性能，同時恆氣流 還起保護PbTe納米晶防止氧化的作用。為了克服薄膜表面殘留溶液對PbTe納米晶自組裝 薄膜表面均勻性的影響，採用高速甩膜技術將納米晶表面的PbTe納米晶殘液除去，有助於 實現納米晶自組裝薄膜表面的均勻一致。
圖1和圖2是採用本發明的製備方法在180°C成核5秒，150°C生長30秒製備的PbTe膠體納米晶的TEM(透射電子顯微鏡)圖像的俯視圖；圖3是本發明所採用的膠體化學法製備的不同粒徑的PbTe膠體納米晶的吸收光 譜圖，橫坐標光波長，縱坐標為相對吸收強度；
圖4是恆溫恆壓恆氣流驅動的PbTe膠體納米晶自組裝薄膜的裝置的側視圖。裝 置頂部的兩個導氣管實現Ar等氣體的流進和流出，其目的是在PbTe納米晶混合溶劑的上 方形成恆定氣流和壓強。蒸發裝置裡面放有基片的小廣口瓶是為了方便進行小面積基片的 沉積。沉積過程中，整個裝置將放入恆溫水浴中，以使沉積過程中獲得恆溫環境。圖5是顯示水浴溫度45°C、沉積2小時PbTe納米晶自組裝薄膜的AFM(原子力顯 微鏡)圖像的俯視圖，對橫坐標為掃描區域水平面坐標，縱坐標為垂直高度坐標。PbTe膠體 納米晶自組裝薄膜表面基本均勻一致，高差約為25納米。圖6是顯示水浴溫度45 0C、沉積2小時PbTe納米晶自組裝薄膜表面形貌的SEM (掃 面電子顯微鏡)俯視圖。PbTe膠體納米晶薄膜表面均勻一致。圖7是顯示水浴溫度45 0C、沉積6小時PbTe納米晶自組裝薄膜表面形貌的SEM俯 視圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例1 1)在Ar氣保護和磁力攪拌下，將PbO和油酸溶於十八稀中在130°C下反應直至 PbO消失，製成鉛離子濃度為0.05mol/l無色透明的油酸鉛溶液，其中PbO 油酸=1 2.5 的摩爾比；2)在Ar氣保護和磁力攪拌下，將碲粉溶於三辛基磷中，在70°C的水浴中加熱直至 黑色碲粉完全消失，製成碲離子濃度為0. lmol/1的三辛基碲溶液；3)取油酸鉛溶液加熱至180°C後向油酸鉛溶液中加入三辛基碲溶液反應5s得混 合溶劑，其中油酸鉛溶液與三辛基碲溶液中Pb Te = 2 1的摩爾比；4)將混合溶劑移至150°C的油浴中保溫30s後再將其置於冷水浴中使PbTe納米 晶合成過程停止，待混合溶劑冷卻至40°C時，向混合溶劑中加入與混合溶劑等體積的氯仿 磁力攪拌後，再加入混合溶劑2倍體積的甲醇，超聲分散5分鐘得反應原液；5)將反應原溶液移至離心管中，放入離心機中以4800轉/分鐘離心20分鐘，將上 層澄清溶液倒出，向離心管的沉澱中加入混合溶劑等體積的氯仿，超聲分散5分鐘，再加入 混合溶劑2倍體積的甲醇，重複上述離心過程，將離心管中的上層溶液倒出後，向離心管的 沉澱中加入混合溶劑等體積的丙酮，超聲分散5分鐘，放入離心機中4800轉/分鐘離心20 分鐘，將離心管中的上層溶液倒出，向離心管的沉澱中加入正己烷製成濃度為15mg/ml的 PbTe納米晶正己烷溶液；將製備的PbTe納米晶進行TEM測試，由圖1和圖2可以看出按上 述工藝條件製備的PbTe納米晶粒徑均勻，分散性良好，平均粒徑約為7. 5納米；由圖3的吸 收光譜圖上可觀測到不同PbTe膠體納米晶明顯的帶邊激子吸收峰，吸收峰位可調範圍> 400納米；6)PbTe納米晶正己烷溶液與正己烷按1 160的體積比混合後超聲分散20分鐘 後，將分散後的PbTe納米晶正己烷溶液用220納米的針頭過濾器過濾，向過濾後的溶液加入正辛烷得PbTe膠體納米晶混合溶液，其中過濾溶液與正辛烷的摩爾比為8 1 ；7)參見圖4，將配製好的PbTe膠體納米晶混合溶液倒入底部放有基片的廣口瓶 中，將廣口瓶放入開設有進氣、出氣口的恆溫、恆壓、恆載氣流驅動的PbTe膠體納米晶自組 裝薄膜裝置中，在恆Ar氣保護下，將納米晶自組薄膜裝置置於恆溫水浴中，恆溫水浴溫度 45°C，溶劑蒸發2小時後將基片從廣口瓶中取出，放置在勻膠機上，以6000轉/秒進行甩 膜，甩膜時間10-120S，得到PbTe納米晶組裝的薄膜。由圖5、6可以看出本發明製備的PbTe 膠體納米晶自組裝薄膜表面基本均勻一致，高差約為25納米。實施例2
1)在Ar氣保護和磁力攪拌下，將PbO和油酸溶於十八稀中在130°C下反應直至 PbO消失，製成鉛離子濃度為0.05mol/l無色透明的油酸鉛溶液，其中PbO 油酸=1 2.5 的摩爾比； 2)在Ar氣保護和磁力攪拌下，將碲粉溶於三辛基磷中，在70°C的水浴中加熱直至 黑色碲粉完全消失，製成碲離子濃度為0. lmol/1的三辛基碲溶液；3)取油酸鉛溶液加熱至180°C後向油酸鉛溶液中加入三辛基碲溶液反應5s得混 合溶劑，其中油酸鉛溶液與三辛基碲溶液中Pb Te = 2 1的摩爾比；4)將混合溶劑移至150°C的油浴中保溫30s後再將其置於冷水浴中使PbTe納米 晶合成過程停止，待混合溶劑冷卻至40°C時，向混合溶劑中加入與混合溶劑等體積的氯仿 磁力攪拌後，再加入混合溶劑2倍體積的甲醇，超聲分散5分鐘得反應原液；5)將反應原溶液移至離心管中，放入離心機中以4800轉/分鐘離心20分鐘，將上 層澄清溶液倒出，向離心管的沉澱中加入混合溶劑等體積的氯仿，超聲分散5分鐘，再加入混 合溶劑2倍體積的甲醇，重複上述離心過程，將離心管中的上層溶液倒出後，向離心管的沉澱 中加入混合溶劑等體積的丙酮，超聲分散5分鐘，放入離心機中4800轉/分鐘離心20分鐘， 將離心管中的上層溶液倒出，向離心管的沉澱中加入正己烷製成濃度為15mg/ml的PbTe納米 晶正己烷溶液；將製備的PbTe納米晶進行TEM測試，由圖1和圖2可以看出按上述工藝條件 製備的PbTe納米晶粒徑均勻，分散性良好，平均粒徑約為7. 5納米；由圖3的吸收光譜圖上可 觀測到PbTe膠體納米晶明顯的帶邊激子吸收峰，吸收峰位可調範圍> 400納米；6)PbTe納米晶正己烷溶液與正己烷按1 160的體積比混合後超聲分散20分鐘 後，將分散後的PbTe納米晶正己烷溶液用220納米的針頭過濾器過濾，向過濾後的溶液加 入正辛烷得PbTe膠體納米晶混合溶液，其中過濾溶液與正辛烷的摩爾比為8 1 ；7)參見圖4，將配製好的PbTe膠體納米晶混合溶液倒入底部放有基片的廣口瓶 中，將廣口瓶放入開設有進氣、出氣口的恆溫、恆壓、恆載氣流驅動的PbTe膠體納米晶自組 裝薄膜裝置中，在恆Ar氣保護下，將納米晶自組薄膜裝置置於恆溫水浴中，恆溫水浴溫度 45°C，溶劑蒸發6小時後將基片從廣口瓶中取出，放置在勻膠機上，以6000轉/秒進行甩 膜，甩膜時間10-120S，得到PbTe納米晶組裝的薄膜。由圖7可以看出本發明製備的PbTe 膠體納米晶自組裝薄膜由大粒徑納米晶組裝的薄膜表面均勻。實施例3 1)在Ar氣保護和磁力攪拌下，將PbO和油酸溶於十八稀中在150°C下反應直至 PbO消失，製成鉛離子濃度為0. lmol/1無色透明的油酸鉛溶液，其中PbO 油酸=1 4的 摩爾比；
2)在Ar氣保護和磁力攪拌下，將碲粉溶於三辛基磷中，在60°C的水浴中加熱直至 黑色碲粉完全消失，製成碲離子濃度為0. 3mol/l的三辛基碲溶液；3)取油酸鉛溶液加熱至150°C後向油酸鉛溶液中加入三辛基碲溶液反應50s得混 合溶劑，其中油酸鉛溶液與三辛基碲溶液中Pb Te = 1 5的摩爾比；4)將混合溶劑移至100°C的油浴中保溫IOOs後再將其置於冷水浴中使PbTe納米晶合成過程停止，待混合溶劑冷卻至30°C時，向混合溶劑中加入與混合溶劑等體積的正己 烷磁力攪拌後，再加入混合溶劑1. 5倍體積的丙酮，超聲分散15分鐘得反應原液；5)將反應原溶液移至離心管中，放入離心機中以4800轉/分鐘離心20分鐘，將 上層澄清溶液倒出，向離心管的沉澱中加入混合溶劑等體積的正己烷，超聲分散15分鐘， 再加入混合溶劑1. 5倍體積的丙酮，重複上述離心過程，將離心管中的上層溶液倒出後，向 離心管的沉澱中加入混合溶劑等體積的丙酮，超聲分散15分鐘，放入離心機中4800轉/ 分鐘離心20分鐘，將離心管中的上層溶液倒出，向離心管的沉澱中加入正己烷製成濃度為 10mg/ml的PbTe納米晶正己烷溶液；6)PbTe納米晶正己烷溶液與正己烷按1 50的體積比混合後超聲分散20分鐘 後，將分散後的PbTe納米晶正己烷溶液用220納米的針頭過濾器過濾，向過濾後的溶液加 入正辛烷得PbTe膠體納米晶混合溶液，其中過濾溶液與正辛烷的摩爾比為7 1 ；7)參見圖4，將配製好的PbTe膠體納米晶混合溶液倒入底部放有基片的廣口瓶 中，將廣口瓶放入開設有進氣、出氣口的恆溫、恆壓、恆載氣流驅動的PbTe膠體納米晶自組 裝薄膜裝置中，在恆Ar氣保護下，將納米晶自組薄膜裝置置於恆溫水浴中，恆溫水浴溫度 30°C，溶劑蒸發10小時後將基片從廣口瓶中取出，放置在勻膠機上，以6000轉/秒進行甩 膜，甩膜時間10-120S，得到PbTe納米晶組裝的薄膜。實施例4 1)在Ar氣保護和磁力攪拌下，將PbO和油酸溶於十八稀中在100°C下反應直至 PbO消失，製成鉛離子濃度為0.2mol/l無色透明的油酸鉛溶液，其中PbO 油酸=1 2的 摩爾比；2)在Ar氣保護和磁力攪拌下，將碲粉溶於三辛基磷中，在90°C的水浴中加熱直至 黑色碲粉完全消失，製成碲離子濃度為0. 8mol/l的三辛基碲溶液；3)取油酸鉛溶液加熱至170°C後向油酸鉛溶液中加入三辛基碲溶液反應IOOs得 混合溶劑，其中油酸鉛溶液與三辛基碲溶液中Pb Te = 1 3的摩爾比；4)將混合溶劑移至180°C的油浴中保溫80s後再將其置於冷水浴中使PbTe納米 晶合成過程停止，待混合溶劑冷卻至40°C時，向混合溶劑中加入與混合溶劑等體積的氯仿 磁力攪拌後，再加入混合溶劑2倍體積的甲醇，超聲分散30分鐘得反應原液；5)將反應原溶液移至離心管中，放入離心機中以4800轉/分鐘離心20分鐘，將上 層澄清溶液倒出，向離心管的沉澱中加入混合溶劑等體積的正己烷，超聲分散30分鐘，再 加入混合溶劑2倍體積的丙酮，重複上述離心過程，將離心管中的上層溶液倒出後，向離心 管的沉澱中加入混合溶劑等體積的丙酮，超聲分散30分鐘，放入離心機中4800轉/分鐘離 心20分鐘，將離心管中的上層溶液倒出，向離心管的沉澱中加入正己烷製成濃度為20mg/ ml的PbTe納米晶正己烷溶液；6)PbTe納米晶正己烷溶液與正己烷按1 100的體積比混合後超聲分散20分鐘後，將分散後的PbTe納米晶正己烷溶液用220納米的針頭過濾器過濾，向過濾後的溶液加入正辛烷得PbTe膠體納米晶混合溶液，其中過濾溶液與正辛烷的摩爾比為9 1 ；7)參見圖4，將配製好的PbTe膠體納米晶混合溶液倒入底部放有基片的廣口瓶 中，將廣口瓶放入開設有進氣、出氣口的恆溫、恆壓、恆載氣流驅動的PbTe膠體納米晶自組 裝薄膜裝置中，在恆Ar氣保護下，將納米晶自組薄膜裝置置於恆溫水浴中，恆溫水浴溫度 60°C，溶劑蒸發20小時後將基片從廣口瓶中取出，放置在勻膠機上，以6000轉/秒進行甩 膜，甩膜時間10-120S，得到PbTe納米晶組裝的薄膜。實施例5 1)在Ar氣保護和磁力攪拌下，將PbO和油酸溶於十八稀中在200°C下反應直至 PbO消失，製成鉛離子濃度為0.08mol/l無色透明的油酸鉛溶液，其中PbO 油酸=1 6 的摩爾比；2)在Ar氣保護和磁力攪拌下，將碲粉溶於三辛基磷中，在80°C的水浴中加熱直至 黑色碲粉完全消失，製成碲離子濃度為0. 5mol/l的三辛基碲溶液；3)取油酸鉛溶液加熱至200°C後向油酸鉛溶液中加入三辛基碲溶液反應80s得混 合溶劑，其中油酸鉛溶液與三辛基碲溶液中Pb Te = 5 1的摩爾比；4)將混合溶劑移至130°C的油浴中保溫50s後再將其置於冷水浴中使PbTe納米 晶合成過程停止，待混合溶劑冷卻至35°C時，向混合溶劑中加入與混合溶劑等體積的氯仿 磁力攪拌後，再加入混合溶劑2. 5倍體積的甲醇，超聲分散20分鐘得反應原液；5)將反應原溶液移至離心管中，放入離心機中以4800轉/分鐘離心20分鐘，將 上層澄清溶液倒出，向離心管的沉澱中加入混合溶劑等體積的正己烷，超聲分散20分鐘， 再加入混合溶劑2. 5倍體積的丙酮，重複上述離心過程，將離心管中的上層溶液倒出後，向 離心管的沉澱中加入混合溶劑等體積的丙酮，超聲分散20分鐘，放入離心機中4800轉/ 分鐘離心20分鐘，將離心管中的上層溶液倒出，向離心管的沉澱中加入正己烷製成濃度為 13mg/ml的PbTe納米晶正己烷溶液；6)PbTe納米晶正己烷溶液與正己烷按1 150的體積比混合後超聲分散20分鐘 後，將分散後的PbTe納米晶正己烷溶液用220納米的針頭過濾器過濾，向過濾後的溶液加 入正辛烷得PbTe膠體納米晶混合溶液，其中過濾溶液與正辛烷的摩爾比為10 1 ；7)參見圖4，將配製好的PbTe膠體納米晶混合溶液倒入底部放有基片的廣口瓶 中，將廣口瓶放入開設有進氣、出氣口的恆溫、恆壓、恆載氣流驅動的PbTe膠體納米晶自組 裝薄膜裝置中，在恆Ar氣保護下，將納米晶自組薄膜裝置置於恆溫水浴中，恆溫水浴溫度 40°C，溶劑蒸發24小時後將基片從廣口瓶中取出，放置在勻膠機上，以6000轉/秒進行甩 膜，甩膜時間10-120S，得到PbTe納米晶組裝的薄膜。實施例6:1)在Ar氣保護和磁力攪拌下，將PbO和油酸溶於十八稀中在180°C下反應直至 PbO消失，製成鉛離子濃度為0.15mol/l無色透明的油酸鉛溶液，其中PbO 油酸=1 5 的摩爾比；2)在Ar氣保護和磁力攪拌下，將碲粉溶於三辛基磷中，在100°C的水浴中加熱直 至黑色碲粉完全消失，製成碲離子濃度為lmol/1的三辛基碲溶液；3)取油酸鉛溶液加熱至160°C後向油酸鉛溶液中加入三辛基碲溶液反應120s得混合溶劑，其中油酸鉛溶液與三辛基碲溶液中Pb Te = 5 2的摩爾比；
4)將混合溶劑移至110°C的油浴中保溫120s後再將其置於冷水浴中使PbTe納米 晶合成過程停止，待混合溶劑冷卻至45°C時，向混合溶劑中加入與混合溶劑等體積的正己 烷磁力攪拌後，再加入混合溶劑3倍體積的丙酮，超聲分散10分鐘得反應原液；5)將反應原溶液移至離心管中，放入離心機中以4800轉/分鐘離心20分鐘，將 上層澄清溶液倒出，向離心管的沉澱中加入混合溶劑等體積的氯仿，超聲分散10分鐘，再 加入混合溶劑3倍體積的甲醇，重複上述離心過程，將離心管中的上層溶液倒出後，向離心 管的沉澱中加入混合溶劑等體積的丙酮，超聲分散10分鐘，放入離心機中4800轉/分鐘離 心20分鐘，將離心管中的上層溶液倒出，向離心管的沉澱中加入正己烷製成濃度為18mg/ ml的PbTe納米晶正己烷溶液；6)PbTe納米晶正己烷溶液與正己烷按1 180的體積比混合後超聲分散20分鐘 後，將分散後的PbTe納米晶正己烷溶液用220納米的針頭過濾器過濾，向過濾後的溶液加 入正辛烷得PbTe膠體納米晶混合溶液，其中過濾溶液與正辛烷的摩爾比為10 1 ；7)參見圖4，將配製好的PbTe膠體納米晶混合溶液倒入底部放有基片的廣口瓶 中，將廣口瓶放入開設有進氣、出氣口的恆溫、恆壓、恆載氣流驅動的PbTe膠體納米晶自組 裝薄膜裝置中，在恆Ar氣保護下，將納米晶自組薄膜裝置置於恆溫水浴中，恆溫水浴溫度 50°C，溶劑蒸發15小時後將基片從廣口瓶中取出，放置在勻膠機上，以6000轉/秒進行甩 膜，甩膜時間10-120S，得到PbTe納米晶組裝的薄膜。本發明通過採用高溫成核、低溫生長的控制納米晶均勻生長的膠體化學製備技 術，實現了 PbTe膠體納米晶成核和生長過程有效分離，控制製備出不同粒徑單分散膠體 PbTe納米晶。通過吸收光譜測試，觀測到PbTe膠體納米晶明顯的帶邊激子吸收峰，吸收峰 位可調範圍> 400納米，透射電鏡觀測表明粒徑分布窄(< 5% )，並具有分散性良好。利用恆溫恆壓恆氣流實現納米晶溶液的恆定蒸發速度，使得溶劑蒸發速度隨水浴 溫度和氣流大小可控，操作簡單方便，成本低廉。利用高速甩膜技術有效除去薄膜表面的納 米晶殘液，避免薄膜表面不均勻。按照本發明，納米晶自組裝薄膜納米晶表面均勻一致，高 差小於30納米。
權利要求
一種PbTe膠體納米晶自組裝薄膜的製備方法，其特徵在於包括以下步驟1)在Ar氣保護和磁力攪拌下，將PbO和油酸溶於十八稀中在100～200℃下反應直至PbO消失，製成鉛離子濃度為0.05～0.2mol/l無色透明的油酸鉛溶液，其中PbO∶油酸＝1∶2～6的摩爾比；2)在Ar氣保護和磁力攪拌下，將碲粉溶於三辛基磷中，在60～100℃的水浴中加熱直至黑色碲粉完全消失，製成碲離子濃度為0.1～1mol/l的三辛基碲溶液；3)取油酸鉛溶液加熱至150～200℃後向油酸鉛溶液中加入三辛基碲溶液反應5～120s得混合溶劑，其中油酸鉛溶液與三辛基碲溶液中Pb∶Te＝(1∶5)～(5∶1)的摩爾比；4)將混合溶劑移至100～180℃的油浴中保溫30～120s後再將其置於冷水浴中使PbTe納米晶合成過程停止，待混合溶劑冷卻至30-50℃時，向混合溶劑中加入與混合溶劑等體積的氯仿或正己烷磁力攪拌後，再加入混合溶劑1.5～3倍體積的甲醇或丙酮，超聲分散5～30分鐘得反應原液；5)將反應原溶液移至離心管中，放入離心機中以4800轉/分鐘離心20分鐘，將上層澄清溶液倒出，向離心管的沉澱中加入混合溶劑等體積的氯仿或正己烷，超聲分散5～30分鐘，再加入混合溶劑1.5～3倍體積的甲醇或丙酮，重複上述離心過程，將離心管中的上層溶液倒出後，向離心管的沉澱中加入混合溶劑等體積的丙酮，超聲分散5～30分鐘，放入離心機中4800轉/分鐘離心20分鐘，將離心管中的上層溶液倒出，向離心管的沉澱中加入正己烷製成濃度為10～20mg/ml的PbTe納米晶正己烷溶液；6)PbTe納米晶正己烷溶液與正己烷按1∶50-200的體積比混合後超聲分散20分鐘後，將分散後的PbTe納米晶正己烷溶液用220納米的針頭過濾器過濾，向過濾後的溶液加入正辛烷得PbTe膠體納米晶混合溶液，其中過濾溶液與正辛烷的摩爾比為7～10∶1；7)將配製好的PbTe膠體納米晶混合溶液倒入底部放有基片的廣口瓶中，將廣口瓶放入開設有進氣、出氣口的恆溫、恆壓、恆載氣流驅動的PbTe膠體納米晶自組裝薄膜裝置中，在恆Ar氣保護下，將納米晶自組薄膜裝置置於恆溫水浴中，恆溫水浴溫度30～60℃，溶劑蒸發2～24小時後將基片從廣口瓶中取出，放置在勻膠機上，以6000轉/秒進行甩膜，甩膜時間10-120s，得到PbTe納米晶組裝的薄膜。
全文摘要
本發明恆溫、恆壓、恆載氣流驅動的PbTe膠體納米晶自組裝薄膜的製備方法屬於液相外延製備有序納米薄膜領域，有序納米結構薄膜材料是電子、信息、生物等新技術發展的重要材料。本發明的方法是採用膠體化學法製備的單分散PbTe納米晶，通過將膠體納米晶分散在混合溶劑注入恆溫、恆壓、恆載氣流沉積裝置中，利用水浴溫度和載氣流驅動膠體納米晶自組裝，在經氧化處理的Si片襯底上組裝形成PbTe納米晶薄膜層，再利用高速甩膜技術清除薄膜表面殘液。通過沉積時間可以有效控制膜層厚度，製備得到PbTe膠體納米晶自組裝薄膜表面均勻一致、高度有序。本發明採用的控制溶液蒸發的工具結構簡單、成本低廉，操作簡便、方法有效。
文檔編號B05D1/18GK101830446SQ20101016099
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月30日 優先權日2010年4月30日
發明者姚熹, 林忠海, 汪敏強, 薛耀輝, 鄭中華, 魏立卓 申請人:西安交通大學