一种基于零维半导体纳米晶制备二次谐波阵列的方法技术

本发明专利技术提供一种基于零维半导体纳米晶制备二次谐波阵列的方法，利用硅柱模板的侧壁疏水、顶端亲水的特点，实现对毛细液桥的定向控制，使得制备过程中所述零维半导体纳米晶溶液能定向附着在硅柱模板的硅柱上，而控制传质过程，从而提供一个稳定的环境，使零维半导体纳米晶能稳定结晶、定向生长。本方法提高了光学微阵列结构质量和倍频效应转换效率，操作流程具有简易、快速、普适的特点；本方法在有效降低设备成本的同时，实现简易、普适地制备并获得倍频转换效率远高于零维半导体纳米晶多晶薄膜的零维半导体纳米晶微米线阵列。膜的零维半导体纳米晶微米线阵列。膜的零维半导体纳米晶微米线阵列。

【技术实现步骤摘要】
一种基于零维半导体纳米晶制备二次谐波阵列的方法


[0001]本专利技术涉及化学
，具体涉及一种基于零维半导体纳米晶制备二次谐波阵列的方法。

技术介绍

[0002]零维半导体纳米晶是指一类粒径小于其玻尔半径的无机纳米晶体，俗称量子点。这种量子点通常由表面附着的有机配体和无机半导体晶体组成，可用于二次谐波等非线性光学晶体研究中。非线性光学晶体可对光频率进行变换，将已知频率的入射光转换到不同频率的激光，从而获得光频率变换的目的。
[0003]零维半导体纳米晶使得激光、显示器、光探测器到太阳能电池等大量的光子和光电应用成为可能。然而，这些应用主要利用了零维半导体纳米晶的线性光学性质，它们在广阔的非线性光学领域中的巨大潜力仍有待充分探索。
[0004]目前非线性光学领域所研究的半导体纳米晶一般是准零维的，具有较大的粒径，制备工艺复杂，在晶体生长过程中积累的内部缺陷较多，严重影响了倍频转换效率。除此之外，非线性光学领域使用的多为CdTe、AgInS2等合成难度大和合成工艺复杂的量子点。一种简便的合成工艺，普适性强的非线性材料亟待开发。
[0005]一般在测试材料的非线性光学性能时，多为薄膜状态下进行的。薄膜下的量子点呈现出一种无序组装状态，不仅降低了的质量，而且也降低了材料的受损阈值。相较之，一种有序的，基于零维半导体纳米晶的微米线阵列，具有平滑的表面，更少的缺陷，表现出较高的倍频转换效率、更低的倍频产生阈值和更高的材料受损阈值。
[0006]有序的微米线阵列表现出优异的性能，然而，微米线阵列的高质量制备则是一个不可避免的问题。在传统的微纳加工方法中，如纳米压印、光刻、喷墨打印等等都需要昂贵的设备和复杂多步的工艺；同时材料利用率和成品率都较低，和较大的成本不成比例。因此一种低成本、简易工艺的组装技术是不可或缺的。

技术实现思路

[0007]本专利技术是为了解决半导体纳米晶的制备问题，提供一种基于零维半导体纳米晶制备二次谐波阵列的方法，采用溶液法制备出了高质量的微米线阵列，实现了高的倍频转换效率、低的倍频产生阈值和高的材料受损阈值，本专利技术成本低、普适性强、制备出的半导体纳米晶性能较高。
[0008]本专利技术提供一种基于零维半导体纳米晶制备二次谐波阵列的方法，包括以下步骤：
[0009]S1、制备包括硅柱阵列的硅柱模板，然后对硅柱模板进行选择性修饰使硅柱的侧壁疏水、顶端亲水；
[0010]S2、配制零维半导体纳米晶溶液，零维半导体纳米晶溶液的溶质为可产生倍频的零维半导体纳米晶材料；
[0011]S3、将零维半导体纳米晶溶液沿硅柱延伸的方向滴加在硅柱顶端，在硅柱顶端亲水、侧壁疏水的作用下零维半导体纳米晶溶液定向排列在硅柱顶端；
[0012]S4、向硅柱模板的顶部覆盖基底并压紧使零维半导体纳米晶溶液附着在基底的底面，得到三明治组装体系，三明治组装体系包括基底、零维半导体纳米晶溶液和硅柱；
[0013]S5、将三明治组装体系进行加热烘干使零维半导体纳米晶溶液的溶剂挥发直至挥发完全，在溶剂挥发的过程中，零维半导体纳米晶溶液在硅柱模板和基底的界面上退浸润形成毛细液桥阵列，毛细液桥控制传质、结晶和晶体生长，溶剂挥发完全后在基底和硅柱模板之间得到长程有序的零维半导体纳米晶微米线阵列；
[0014]S6、将三明治组装体系静置冷却至室温；
[0015]S7、拆开三明治组装体系，使零维半导体纳米晶微米线阵列脱离硅柱模板，得到贴覆在基底上的零维半导体纳米晶微米线阵列。
[0016]本专利技术所述的一种基于零维半导体纳米晶制备二次谐波阵列的方法，作为优选方式，步骤S1包括：
[0017]S11、制备包括硅柱阵列的硅柱模板；
[0018]S12、将光刻正胶旋涂在盖玻片上形成正光刻胶薄膜；
[0019]S13、将盖玻片盖在硅柱模板上使硅柱模板的顶端与正光刻胶薄膜接触、黏连；
[0020]S14、剥离盖玻片，使硅柱模板的顶端表面被正光刻胶薄膜保护；
[0021]S15、将硅柱模板置于真空干燥器中，利用胶头滴管滴取疏水修饰试剂置于硅柱模板一侧，真空干燥器抽真空30分钟后进行加热烘干，加热过程中，疏水修饰试剂仅与硅柱的侧壁接触并使侧壁疏水，硅柱的顶端由于被正光刻胶薄膜保护保留亲水性；
[0022]S16、取出硅柱模板冷却；
[0023]S17、用丙酮冲洗硅柱模板去除正光刻胶薄膜，硅柱模板的选择性修饰完成。
[0024]本专利技术所述的一种基于零维半导体纳米晶制备二次谐波阵列的方法，作为优选方式，步骤S11中，硅柱模板通过光刻法制备；
[0025]步骤S12中，旋涂速度300转/分；
[0026]步骤S15中，疏水修饰试剂为十七氟癸基三甲氧基硅烷，十七氟癸基三甲氧基硅烷的用量为0.05mL，硅柱的侧壁形成单分子氟硅膜层，真空干燥器的加热温度为130℃、加热时间5小时。
[0027]本专利技术所述的一种基于零维半导体纳米晶制备二次谐波阵列的方法，作为优选方式，步骤S11中，硅柱阵列为以下任意一种：条纹硅柱阵列、直线硅柱阵列、圆盘硅柱阵列和正方形硅柱阵列。
[0028]本专利技术所述的一种基于零维半导体纳米晶制备二次谐波阵列的方法，作为优选方式，步骤S11中，硅柱之间的间隙为5μm
‑
20μm、宽度为2μm
‑
10μm、高度为10
‑
15μm。
[0029]本专利技术所述的一种基于零维半导体纳米晶制备二次谐波阵列的方法，作为优选方式，步骤S2中，零维半导体纳米晶材料的晶体空间群为非对称空间群，零维半导体纳米晶材料使用无膦法合成。
[0030]本专利技术所述的一种基于零维半导体纳米晶制备二次谐波阵列的方法，作为优选方式，步骤S2中，零维半导体纳米晶材料为以下任意一种：乙胺铅碘零维半导体纳米晶、乙胺铅碘零维半导体纳米晶、(MPEA)
1.5
PbBr
3.5
(DMSO)
0.5
零维半导体纳米晶、CsGeI3零维半导体
纳米晶和CdSe零维半导体纳米晶。
[0031]本专利技术所述的一种基于零维半导体纳米晶制备二次谐波阵列的方法，作为优选方式，步骤S2中，零维半导体纳米晶溶液的溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺或二甲基亚砜或正辛烷。
[0032]本专利技术所述的一种基于零维半导体纳米晶制备二次谐波阵列的方法，作为优选方式，步骤S3中，使用移液枪进行零维半导体纳米晶溶液的吸取转移，单次吸取量为7
‑
20μL；
[0033]步骤S5中，加热温度为50～80℃、加热时间为6～20h。
[0034]本专利技术所述的一种基于零维半导体纳米晶制备二次谐波阵列的方法，作为优选方式，步骤S4中，基底为以下任意一种：硅片、二氧化硅片、玻璃片、氧化铟锡导电玻璃、石英片和聚对苯二甲酸乙二醇酯中。
[0035]传统的液相加工方法不能有效控制微纳液体的定向输运，特别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于零维半导体纳米晶制备二次谐波阵列的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、制备包括硅柱阵列的硅柱模板，然后对所述硅柱模板进行选择性修饰使硅柱的侧壁疏水、顶端亲水；S2、配制零维半导体纳米晶溶液，所述零维半导体纳米晶溶液的溶质为可产生倍频的零维半导体纳米晶材料；S3、将所述零维半导体纳米晶溶液沿所述硅柱延伸的方向滴加在所述硅柱顶端，在所述硅柱顶端亲水、侧壁疏水的作用下所述零维半导体纳米晶溶液定向排列在所述硅柱顶端；S4、向所述硅柱模板的顶部覆盖基底并压紧使所述零维半导体纳米晶溶液附着在所述基底的底面，得到三明治组装体系，所述三明治组装体系包括基底、所述零维半导体纳米晶溶液和所述硅柱；S5、将所述三明治组装体系进行加热烘干使所述零维半导体纳米晶溶液的溶剂挥发直至挥发完全，在所述溶剂挥发的过程中，所述零维半导体纳米晶溶液在所述硅柱模板和所述基底的界面上退浸润形成毛细液桥阵列，毛细液桥控制传质、结晶和晶体生长，所述溶剂挥发完全后在所述基底和所述硅柱模板之间得到长程有序的零维半导体纳米晶微米线阵列；S6、将所述三明治组装体系静置冷却至室温；S7、拆开所述三明治组装体系，使所述零维半导体纳米晶微米线阵列脱离所述硅柱模板，得到贴覆在所述基底上的所述零维半导体纳米晶微米线阵列。2.根据权利要求1所述的一种基于零维半导体纳米晶制备二次谐波阵列的方法，其特征在于：步骤S1包括：S11、制备包括所述硅柱阵列的所述硅柱模板；S12、将光刻正胶旋涂在盖玻片上形成正光刻胶薄膜；S13、将盖玻片盖在所述硅柱模板上使所述硅柱模板的顶端与所述正光刻胶薄膜接触、黏连；S14、剥离盖玻片，使所述硅柱模板的顶端表面被所述正光刻胶薄膜保护；S15、将所述硅柱模板置于真空干燥器中，利用胶头滴管滴取疏水修饰试剂置于所述硅柱模板一侧，所述真空干燥器抽真空30分钟后进行加热烘干，加热过程中，所述疏水修饰试剂仅与硅柱的侧壁接触并使侧壁疏水，所述硅柱的顶端由于被所述正光刻胶薄膜保护保留亲水性；S16、取出所述硅柱模板冷却；S17、用丙酮冲洗所述硅柱模板去除所述正光刻胶薄膜，所述硅柱模板的选择性修饰完成。3.根据权利要求2所述的一种基于零维半导体纳米晶制备二次谐波阵列的方法，其特征在于：步骤S11中，所述硅柱模板通过光刻法制备；步骤S12...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，吴雨辰，江雷，
申请(专利权)人：北京蕴超仿生智能科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：