纳米级的AgGaS2非线性光学晶体的合成方法技术

本发明专利技术提出一种纳米级的AgGaS2非线性光学晶体的合成方法。本发明专利技术提出的合成方法的创新之处在于，采用了纳米比较容易合成的纳米Ag2S作为晶种及催化剂，在Ag2S的辅助作用之下，合成的AgGaS2非线性纳米晶，大小为15纳米，尺寸形貌极其均匀。该材料兼具量子尺寸效应和非线性光学特性，是一种优良的纳米光电材料。

【技术实现步骤摘要】
纳米级的AgGaS2非线性光学晶体的合成方法
:本专利技术涉及纳米合成、非线性光学晶体以及半导体等领域
技术介绍
:AgGaS2是目前常用的一种高性能非线性光学晶体，常被应用于激光倍频和混频。同时AgGaS2也是一种直接带隙半导体材料，其禁带宽度2.7eV，具有较大的激子波尔半径。若能合成出尺寸在纳米级的AgGaS2晶体，则能够呈现较明显的量子尺寸效应，从而获得新颖的非线性光电性能，例如高效的多阶非线性光频/光电转换性能。这对于光电器件小型化、多功能化具有重要意义。 目前，利用化学方法合成高纯度的AgGaS2这种多元硫化物纳米材料具有较大的难度。另一方面，从应用的角度来说，非线性光学晶体材料需要暴露特定的晶面才能满足光学相位匹配的要求。因此，即便能够成功合成出AgGaS2纳米晶，如果其形貌不均匀，暴露面呈现随机性(既不能统一暴露特定的晶面)，就不能体现出非线性光学特性，不具备实际应用价值。国内的许多研究人员都尝试通过化学方法合成AgGaS2纳米晶。例如，北京大学的严纯华教授通过水热法合成出了尺寸形貌都极不均匀的AgGaS2纳米晶；上海交通大学的钱学峰教授用溶剂热法合成出了尺寸较为均匀的AgGaS2纳米晶，然而其平均尺寸在50纳米左右，远大于其波尔半径，因此没有明显的量子尺寸效应。目前，还没有合适的化学合成配方能够制备出大小在10-20纳米左右，尺寸与形貌都均一的AgGaS2纳米晶。本专利技术提出一种化学合成方法，采用氮气保护下的高温共沉淀法，以Ag2S纳米晶作为晶种和催化剂，成功合成出了平均尺寸为15纳米，尺寸与形貌都极其均匀的AgGaS2纳米晶。与以往的文献报道不同，用本方法制备AgGaS2m米晶呈现均一的金字塔形状，每一个纳米晶都具有统一的暴露晶面:四个侧面均为〈112〉晶面族，底面为(001)晶面。
技术实现思路
:本专利技术提出一种有效的合成方法，用于合成平均尺寸为15纳米，尺寸与形貌都均匀的AgGaS2纳米晶；本方法的创新之处在于以单分散的Ag2S纳米晶作为晶种和催化剂，用以辅助AgGaS2纳米晶的形成。本专利技术的合成方法具体为:第一步，生成单分散的Ag2S纳米晶:将Ag盐(硝酸银或油酸银)和硫粉分别溶解于油胺中，在60°C的温度下将二者混合，并保温10分钟，就可生成单分散Ag2S纳米晶。第二步，合成AgGaS2纳米晶:将Ag2S纳米晶、硫粉与Ga盐(硝酸镓或乙酰丙酮镓)一起溶于油胺、油酸、硫醇和十八烯混合溶剂中，在氮气气氛下加热到250_280°C的温度，反应1-2小时就得到平均尺寸为15纳米，尺寸与形貌都均一的AgGaS2纳米晶。采用本专利技术的化学方法合成出的AgGaS2m米非线性晶体，尺寸、形貌均一，大小为15纳米。目前为止所有文献上均未见小于该尺寸的AgGaS2#线性纳米晶。不仅如此，本方法得到的AgGaS2非线性纳米晶，具有统一的晶体学暴露面，因此极具实际应用价值。【附图说明】图1、实施例1中作为晶种兼催化剂的Ag2S纳米晶的透射电镜照片。图2、(a)实施例1中合成的AgGaS2非线性纳米晶透射电镜照片，(b)放大的高分辨，(c)AgGaS2非线性纳米晶的晶体学分析。图3、不同反应时间的产物的透射电镜照片(图a_f分别对应反应时间为1分钟、3分钟、5分钟、10分钟、20分钟以及30分钟的产物，图g为产物演变示意图)。图4、实施例2中合成的AgGaS2非线性纳米晶透射电镜照片。图5、实施例3中合成的AgGaS2非线性纳米晶透射电镜照片。【具体实施方式】实例1:纳米级AgGaS2非线性纳米晶的合成 第一步，将0.5mmol硝酸银和硫粉分别溶解于10ml油胺中，在60°C的温度下将二者混合,并保温10分钟。反应结束后加入乙醇使产物沉淀，通过离心将产物Ag2S纳米晶分离并收集。第二步，将0.2mmol的Ag2S纳米晶、0.5mmol的硫粉和乙酰丙酮镓混合于10ml的油胺、2ml硫醇、10ml十八烯以及5ml油酸的混合溶液中；在氮气作为保护气氛下加热到250°C并保温一个小时；反应结束后在溶液中加入酒精使产物沉淀，通过离心将产物分离，最后将产物干燥，形成粉体。第一步反应得到的Ag2S纳米晶催化剂，其直径为7-8纳米，如图1所示。第二步反应则得到AgGaS2纳米晶。如图2a-b所示，其形貌为金字塔结构，平均大小为15纳米。高分辨透射电镜观察以及快速傅立叶变化分析表明:每个AgGaS2纳米晶所暴露的晶面都是一致的，四个侧面均为〈112〉晶面，底面均为(001)晶面，如图2c所示。为了显示Ag2S纳米晶在AgGaS2纳米晶形成过程中的作用，我们用透射电镜观察了不同反应时间的产物，如图3所示。可以看出纳米晶形成过程中起到了晶种及催化剂的作用，在Ag2S的辅助作用下合成的AgGaS2纳米晶，其尺寸以及形貌的均匀度都得到了有效控制。实例2:提高第二步的反应温度到280°C,合成纳米级AgGaS2非线性纳米晶按照实施例1中的配方，将第二步反应温度升到280°C。如图4所示，合成的AgGaS2非线性纳米晶仍然具有均一的金字塔结构，尺寸在15纳米。实例3:延长第二步的反应时间到2小时，合成纳米级AgGaS2非线性纳米晶按照实施例1中的配方，将第二步反应时间延长到2小时。如图5所示，合成的AgGaS2非线性纳米晶依然具有均一的金字塔结构，尺寸在15纳米。本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米级AgGaS2非线性晶体的合成方法，其特征为：先合成纳米Ag2S；之后以纳米Ag2S作为晶种和催化剂，在油胺、油酸、硫醇和十八烯混合溶剂中，在氮气气氛下加热到250?280℃的温度，反应1?2小时。

【技术特征摘要】
1.纳米级AgGaS2非线性晶体的合成方法，其特征为:先合成纳米Ag2S ;之后以纳米Ag2S作为晶种和催...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄烽，周江聪，王元生，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：