基于溶液法定向组装毫米级纳米线的方法及纳米线和应用技术

本发明专利技术涉及一种基于溶液法定向组装毫米级纳米线的方法及纳米线和应用，属于纳米材料生长领域

【技术实现步骤摘要】
基于溶液法定向组装毫米级纳米线的方法及纳米线和应用


[0001]本专利技术涉及半导体纳米材料的生长领域，具体涉及一种基于溶液法的定向组装毫米级纳米线的方法及纳米线和应用
。

技术介绍

[0002]纳米线作为一种一维结构，由于其优异的材料质量和出色的电学
、
光学及光电性能，成为了近二十年来的研究热点
。
平行有序导向的纳米线又是制作半导体功能器件
(
场效应晶体管
、
光伏电池
、
光电探测器
、
像素传感器等
)
的必要前提，其中光电探测器是一种用于探测光子存在的半导体器件，它能把光学信号转换成电信号
。
光电导型光电探测器是光电探测器中的一种，当光照射到半导体表面时，过剩载流子在半导体中产生时，材料的电导率就会增加，即光电信号的产生
。
光电导型探测器结构简单易于制备，有利于实现导向纳米线光电探测器的规模化生产和集成
。
[0003]钙钛矿具有优异的光电性能，如高吸收系数
、
长的载流子寿命
、
低的缺陷密度
、
宽的带隙可调范围等，因此受到了广泛的关注和研究
。
其中有机
‑
无机卤化物钙钛矿不稳定，但含铯的卤化物钙钛矿在具有发射可调性和易于合成优点的同时，稳定性也大大提升
。
因此近些年来由原子间强的共价键相互作用构成的无机半导体越来越受到研究人员的关注，而铯铅碘
CsPbI3就是其中一个代表
。
已有相当的报道通过合成
CsPbI3单晶薄膜等制备太阳能电池或利用量子点构建激光器等，但通过合成单晶
CsPbI3纳米线且适用于器件集成的报道仍比较少，主要问题是如何把合成的纳米线进行片上集成且及进行有序排列，且尽可能简化设备与合成步骤以适应大规模生产
。
现有技术中，主要通过如下方法进行钙钛矿纳米线制备，包括有：
[0004]气相沉积法：
[0005]文献
ACS nano
，
2018
，
12(6).
公开了利用低压管式炉等仪器实现化学
/
物理气相沉积，
CsX
和
PbX2粉末放置在管式炉的高温蒸发区，把带有纳米线生长模板的基底放置在低温沉积区，在低压管式炉中通入一定流速的氮气等惰性气体把粉末样品从蒸发区带到基底实现沉积，在图形外延效应的作用下，基底上发生成核并受到模板的引导不断生长为纳米线
。
[0006]虽然气相沉积法有利于获得高质量定向
CsPbI3纳米线，但纳米线的长度仅为
10
μ
m
左右，而宽度到达
400nm
左右，过短的长度和过宽的宽度不利于器件的制备以及降低器件集成度
。
且由于气相沉积法对于蒸发区的距离十分敏感，一个位点只能放置少量样品同时生长，同时，由于生长需要高温环境
(500℃
左右
)
，所需设备更加复杂，以上因素均不利于进行大规模纳米线器件制备
。
[0007]溶液刮涂法：
[0008]中国专利申请
CN201510399664.4
公开了一种大面积钙钛矿微纳米线阵列的制备方法，将配置出的钙钛矿前驱溶液滴在基底上，然后用刮刀或玻璃棒或螺纹棒，根据溶液的蒸发速度选定恰当的刮涂速度，把溶液往指定方向刮涂成膜，从而获得具有一定导向性的水平纳米线阵列
。
[0009]虽然该方法可以直接对溶液刮涂得到的纳米线有长度达毫米级的优点，但纳米线的生长虽与刮涂的方向产生一定关联性，但由于无法对整体溶液各处的流动进行有效控制，纳米线本身无法定向自组装，形成的纳米线呈现交叉生长的情况，导向性不足，且纳米线的宽度无法有效控制，这将对器件的性能及集成度产生负面影响
。
[0010]AAO
模板辅助法：
[0011]中国专利申请
CN202210568959.X
公开了一种全无机钙钛矿闪烁体纳米线阵列的制备方法，将全无机钙钦矿前驱体溶液均匀滴加至石英基体上，将
AAO
阳极氧化铝模板水平放置于全无机钙铁矿前驱体溶液表面形成三明治夹心结构；将三明治夹心结构转移至真空干燥装置中进行负压处理，其中石英基体位于最底层，在毛细管力和气压作用下，全无机钙钦矿前驱体溶液进入阳极氧化铝模板
AAO
中，原位生长结晶得到全无机钙铁矿纳米线阵列
。
[0012]合成过程中，溶液受到
AAO
模板中的通道限制形成纳米线，但定向生长的纳米线垂直嵌入到模板当中，无法转移到基底上进行片上集成，难以利用这种垂直纳米线阵列实现微纳器件的批量制作和片上集成
。
[0013]溶液直接合成：
[0014]中国专利申请
CN201811243674.9
公开了一种直接合成立方相
CsPbI3纳米线的方法将乙酸铯溶解于溶剂中，加入助溶剂油酸类物质，完全溶解后得到铯前驱体
。
将碘化铅溶解于溶剂中，加入表面活性剂油酸类物质和油胺类物质，在
T1下保温得到碘化铅的前驱体
。
然后将铯前驱体分两次加入到碘化铅的前驱体中，具体是先将一部分铯前驱体加入到碘化铅的前驱体中
。
最后升温至
T2，接着将剩余的铯前驱体再次加入到该碘化铅的前驱体中，继续保温，即可得到立方相的铯铅碘纳米线
。
[0015]该方法合成的纳米线分散在溶液当中难以将其分离并转移，即便可以转移也无法避免对纳米线的损伤和污染，且无法实现自对准，不利于制作片上集成的纳米线半导体器件
。
[0016]准直纳米线的生长方向，不但可以让纳米线器件性能相比于随机分布的纳米线有质的飞跃，还可以大大简化纳米线器件的加工工艺并有助于实现规模化器件集成
。
而现有技术的方法存在各种缺陷，制作工艺复杂
、
生产成本高
、
样品质量受制因素多和产品参数波动大，无法得到高质量的纳米线，也无法同步实现纳米线生长和水平有序排列组装，不利于半导体微纳器件的规模化生产和片上集成，亟需改进纳米线的合成方法，以利于纳米线器件的规模化生产
。

技术实现思路

[0017]基于此，为解决现有技术中存在的至少一种技术问题，本专利技术提出一种基于溶液法定向组装毫米级纳米线的方法及纳米线和应用
。
[0018]一种基于溶液法定向组装毫米级纳米线的方法，包括如下步骤：
[0019]步骤
S1
：提供带有纳米沟道的刚性基底；
[0020]步骤
S2
：对所述刚性基底进行亲水处理；并准备盖片，对其进行疏水处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于溶液法定向组装毫米级纳米线的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤
S1
：提供带有纳米沟道的刚性基底；步骤
S2
：对所述刚性基底进行亲水处理；并准备盖片，对其进行疏水处理；步骤
S3
：配置
CsPbI3溶液，溶液溶剂为极性溶剂；步骤
S4
：制备三明治自组装体系：移取步骤
S3
得到的
CsPbI3溶液到步骤
S2
处理后的刚性基底上，再将步骤
S2
处理后的盖片覆盖到基底上方，刚性基底
、CsPbI3溶液和盖片形成所述的三明治自组装体系；步骤
S5
：将所述三明治自组装体系置于氮气氛围下，加热退火，彻底烘干溶液，揭开盖片，在刚性基底上得到定向组装的毫米级
CsPbI3纳米线
。2.
根据权利要求1所述的基于溶液法定向组装毫米级纳米线的方法，其特征在于，所述步骤
S1
中，所述刚性基底为高温退火处理后的
M
面蓝宝石基底
。3.
根据权利要求2所述的基于溶液法定向组装毫米级纳米线的方法，其特征在于，所述高温退火处理温度为
1400
‑
1800℃
，保温时间为8‑
12h。4.
根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：许金友，黄平洋，周伟，王兴宇，李亚俊，刘汉煜，陈湘涛，周国富，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：