论文部分内容阅读
本论文发展了制备三元硫属半导体纳米晶的绿色和湿化学合成路线。利用该方法在较低温度条件下制得了一系列高纯度的三元硫属半导体纳米晶，并对产物进行了相关的结构和性质表征。结果表明，该方法具有前驱物价格低廉、绿色、方法简便易行等特点。
一．首次发展了以环境友好的淀粉为包覆剂制备三元固溶体ZnxCd1-xS(0≤x≤1)纳米晶的绿色合成路线。研究了淀粉的用量对固溶体性质的影响。实验结果表明，所制备的CdS具有立方结构，ZnS属于六方晶系。随着Zn含量(x)的增加，ZnxCd1-xS纳米晶的光吸收峰和荧光峰发生蓝移，并且其X射线衍射峰向大角方向移动。这种连续的移动说明得到的是固溶体ZnxCd1-xS纳米晶而非独立成核的ZnS和CdS相或核壳结构。改变Zn含量(x)可以使固溶体ZnxCd1-xS的荧光发射从597nm蓝移至466nm，进而可以成为颜色可调的发光材料。另外，随着淀粉用量的增加，所得固溶体纳米晶的荧光强度增强而结晶性降低。
二．发展了以巯基乙酸为包覆剂，水为溶剂制备三元半导体CdIn2S4、ZnIn2S4、CHINS2和AgInS2纳米晶的湿化学合成路线。研究了硫源、温度等实验条件对产物形貌、结构和性质的影响。主要的实验结果如下：
1)以硫代乙酰胺(TAA)为硫源在70℃条件下得到了球状CdIn2S4纳米晶，粒径约为236nm，具有立方尖晶石结构。实验结果表明，球状CdIn2S4纳米晶的形成与反应时间有关。通过旋涂技术将CdIn2S4纳米粒子旋涂在ITO导电玻璃上制备了高结晶度的CdIn2S4薄膜，它具有立方尖晶石结构。研究了热处理对薄膜性质的影响。结果表明，CdIn2S4薄膜均匀致密，并且对基质具有好的黏附能力。提高热处理温度可以提高CdIn2S4薄膜的结晶度，但当热处理温度超过300℃时薄膜表面变得粗糙。
2)以Na2S为硫源得到了具有层状形貌的六方相ZnIn2S4半导体材料。这些层状物是由ZnIn2S4纳米粒子自发“组装”而成的。以TAA为硫源则得到了颗粒状的六方相ZnIn2S4纳米粒子。研究结果表明，以TAA为硫源得到的六方相ZnIn2S4具有较好的热稳定性。另外，以ZnIn2S4纳米粒子为起始原料，借助表面活性剂的导向作用成功实现了ZnIn2S4的形貌控制生长，得到了具有棒状、棒簇状、管簇状形貌的ZnInES4。根据实验结果，我们提出了可能的表面活性剂辅助的ZnIn2S4形貌控制生长的机制。
3)以巯基乙酸为包覆剂，通过改变硫源实现了CuInS2的形貌控制合成。研究结果表明，以Na2S为硫源得到了具有黄铜矿结构的CuInS2纳米棒，直径为90～100nm，长度约2μm。这些纳米棒是由CuInS2纳米粒子借助热处理组装而成。以TAA为硫源制备了球状CuInS2纳米粒子，粒径约为82nm，也具有黄铜矿结构。另外，以CuInS2纳米粒子为核，通过表面沉积法在纳米粒子表面原位诱导生长CdS壳，制备了具有核壳结构的CuInS2@CdS纳米粒子。
4)以巯基乙酸为包覆剂制备的AgInS2纳米晶的结构与所使用的硫源有关。我们以Na2S为硫源得到了黄铜矿结构的AgInS2纳米晶；而以TAA为硫源则得到正交结构的AgInS2纳米晶。研究了热处理温度对黄铜矿AgInS2纳米晶结构的影响，结果表明，在实验温度范围内，提高热处理温度可以提高产物的结晶度：但没有观察到黄铜矿相完全向正交相的转变。