本发明专利技术恒温、恒压、恒载气流驱动的ＰｂＴｅ胶体纳米晶自组装薄膜的制备方法属于液相外延制备有序纳米薄膜领域，有序纳米结构薄膜材料是电子、信息、生物等新技术发展的重要材料。本发明专利技术的方法是采用胶体化学法制备的单分散ＰｂＴｅ纳米晶，通过将胶体纳米晶分散在混合溶剂注入恒温、恒压、恒载气流沉积装置中，利用水浴温度和载气流驱动胶体纳米晶自组装，在经氧化处理的Ｓｉ片衬底上组装形成ＰｂＴｅ纳米晶薄膜层，再利用高速甩膜技术清除薄膜表面残液。通过沉积时间可以有效控制膜层厚度，制备得到ＰｂＴｅ胶体纳米晶自组装薄膜表面均匀一致、高度有序。本发明专利技术采用的控制溶液蒸发的工具结构简单、成本低廉，操作简便、方法有效。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于液相外延制备有序纳米薄膜领域，具体涉及一种恒温、恒压、恒载气流驱动的PbTe胶体纳米晶自组装薄膜的制备方法。
技术介绍
有序纳米薄膜是电子、信息、生物等新技术发展的重要材料，对于未来的信息技 术、生物技术以及电子技术革命性的发展具有决定性的作用。PbTe胶体纳米晶是借鉴 II-VI族胶体纳米晶的胶体化学合成方法，即将Pb化合物和Te粉分别溶解在适当的有 机溶剂中，混合后采用高温成核，低温生长的方法，制备不同粒径和性能的PbTe胶体纳米 晶。(参见 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 页，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 页，Feb.，2006)。将纳米晶组装成性能 可调的有序胶体纳米晶薄膜的一种控制自组装方法是溶剂蒸发方法。目前，该方法的基 本过程是将PbTe胶体纳米晶分散在甲苯与氯仿(或甲苯与四氯乙烯)的混合溶剂中，力口 热混合溶剂，通过减少蒸汽压(-3. 2kPa)，蒸发溶剂，浓缩PbTe纳米晶溶液，使纳米晶逐 渐从分散体系中缓慢的分离，最后获得胶体纳米晶自组装薄膜。该方法通过加热使PbTe 胶体纳米晶获得动能，同时采用加热和负压方法控制纳米晶分离速度，使PbTe纳米晶有 足够的时间和动能组装出有序薄膜(参见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 页，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页，Oct.，2009)。我们这里申请保护的是采用恒温、恒压、恒载 气流驱动组装结构高度有序的纳米晶薄膜的组装方法。目前，采用溶剂蒸发方法自组装出性能可调的胶体纳米晶薄膜，是通过溶液上 方的负压值和加热温度的变化，实现对溶剂蒸发的调控而获得(参见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页，Feb.，2006)。由于在溶剂的蒸发过程中需要稳定的负压环境，需要设备密封 性好，配备抽气设备。同时在溶剂蒸发后会在基底上残留纳米晶溶液，影响纳米晶自组装薄 膜表面的均勻性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免由于蒸发过程中要求的负压环境而造成的设备复杂、不易 控制，提出了一种采用恒温、恒压、恒气流驱动的PbTe胶体纳米晶自组装薄膜的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是1)在Ar气保护和磁力搅拌下，将PbO和油酸溶于十八稀中在100 200°C下反应 直至PbO消失，制成铅离子浓度为0.05 0.2mol/l无色透明的油酸铅溶液，其中PbO 油 酸=1 2 6的摩尔比；2)在Ar气保护和磁力搅拌下，将碲粉溶于三辛基磷中，在60 100°C的水浴中加 热直至黑色碲粉完全消失，制成碲离子浓度为0. 1 lmol/1的三辛基碲溶液；3)取油酸铅溶液加热至150 200°C后向油酸铅溶液中加入三辛基碲溶液反应 5 120s得混合溶剂，其中油酸铅溶液与三辛基碲溶液中Pb Te = (1 5) (5 1) 的摩尔比；4)将混合溶剂移至100 180°C的油浴中保温30 120s后再将其置于冷水浴中 使PbTe纳米晶合成过程停止，待混合溶剂冷却至30-50°C时，向混合溶剂中加入与混合溶 剂等体积的氯仿或正己烷磁力搅拌后，再加入混合溶剂1. 5 3倍体积的甲醇或丙酮，超声 分散5 30分钟得反应原液；5)将反应原溶液移至离心管中，放入离心机中以4800转/分钟离心20分钟，将上 层澄清溶液倒出，向离心管的沉淀中加入混合溶剂等体积的氯仿或正己烷，超声分散5 30分钟，再加入混合溶剂1. 5 3倍体积的甲醇或丙酮，重复上述离心过程，将离心管中的 上层溶液倒出后，向离心管的沉淀中加入混合溶剂等体积的丙酮，超声分散5 30分钟，放 入离心机中4800转/分钟离心20分钟，将离心管中的上层溶液倒出，向离心管的沉淀中加 入正己烷制成浓度为10 20mg/ml的PbTe纳米晶正己烷溶液；6) PbTe纳米晶正己烷溶液与正己烷按1 50-200的体积比混合后超声分散20分 钟后，将分散后的PbTe纳米晶正己烷溶液用220纳米的针头过滤器过滤，向过滤后的溶液 加入正辛烷得PbTe胶体纳米晶混合溶液，其中过滤溶液与正辛烷的摩尔比为7 10 1 ；7)将配制好的PbTe胶体纳米晶混合溶液倒入底部放有基片的广口瓶中，将广口 瓶放入开设有进气、出气口的恒温、恒压、恒载气流驱动的PbTe胶体纳米晶自组装薄膜装 置中，在恒Ar气保护下，将纳米晶自组薄膜装置置于恒温水浴中，恒温水浴温度30 60°C， 溶剂蒸发2 24小时后将基片从广口瓶中取出，放置在勻胶机上，以6000转/秒进行甩膜， 甩膜时间10-120S，得到PbTe纳米晶组装的薄膜。本专利技术实现了 PbTe纳米晶薄膜的高度有序组装的稳定结构。在该方法中，通过水 浴加热和在溶剂上方提供恒气流，实现溶剂上方的恒定气压，控制纳米晶溶液的蒸发速度， 实现PbTe纳米晶薄膜组装过程的控制和调节PbTe纳米晶自组装薄膜的性能，同时恒气流 还起保护PbTe纳米晶防止氧化的作用。为了克服薄膜表面残留溶液对PbTe纳米晶自组本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ＰｂＴｅ胶体纳米晶自组装薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：１）在Ａｒ气保护和磁力搅拌下，将ＰｂＯ和油酸溶于十八稀中在１００～２００℃下反应直至ＰｂＯ消失，制成铅离子浓度为０．０５～０．２ｍｏｌ／ｌ无色透明的油酸铅溶液，其中ＰｂＯ∶油酸＝１∶２～６的摩尔比；２）在Ａｒ气保护和磁力搅拌下，将碲粉溶于三辛基磷中，在６０～１００℃的水浴中加热直至黑色碲粉完全消失，制成碲离子浓度为０．１～１ｍｏｌ／ｌ的三辛基碲溶液；３）取油酸铅溶液加热至１５０～２００℃后向油酸铅溶液中加入三辛基碲溶液反应５～１２０ｓ得混合溶剂，其中油酸铅溶液与三辛基碲溶液中Ｐｂ∶Ｔｅ＝（１∶５）～（５∶１）的摩尔比；４）将混合溶剂移至１００～１８０℃的油浴中保温３０～１２０ｓ后再将其置于冷水浴中使ＰｂＴｅ纳米晶合成过程停止，待混合溶剂冷却至３０－５０℃时，向混合溶剂中加入与混合溶剂等体积的氯仿或正己烷磁力搅拌后，再加入混合溶剂１．５～３倍体积的甲醇或丙酮，超声分散５～３０分钟得反应原液；５）将反应原溶液移至离心管中，放入离心机中以４８００转／分钟离心２０分钟，将上层澄清溶液倒出，向离心管的沉淀中加入混合溶剂等体积的氯仿或正己烷，超声分散５～３０分钟，再加入混合溶剂１．５～３倍体积的甲醇或丙酮，重复上述离心过程，将离心管中的上层溶液倒出后，向离心管的沉淀中加入混合溶剂等体积的丙酮，超声分散５～３０分钟，放入离心机中４８００转／分钟离心２０分钟，将离心管中的上层溶液倒出，向离心管的沉淀中加入正己烷制成浓度为１０～２０ｍｇ／ｍｌ的ＰｂＴｅ纳米晶正己烷溶液；６）ＰｂＴｅ纳米晶正己烷溶液与正己烷按１∶５０－２００的体积比混合后超声分散２０分钟后，将分散后的ＰｂＴｅ纳米晶正己烷溶液用２２０纳米的针头过滤器过滤，向过滤后的溶液加入正辛烷得ＰｂＴｅ胶体纳米晶混合溶液，其中过滤溶液与正辛烷的摩尔比为７～１０∶１；７）将配制好的ＰｂＴｅ胶体纳米晶混合溶液倒入底部放有基片的广口瓶中，将广口瓶放入开设有进气、出气口的恒温、恒压、恒载气流驱动的ＰｂＴｅ胶体纳米晶自组装薄膜装置中，在恒Ａｒ气保护下，将纳米晶自组薄膜装置置于恒温水浴中，恒温水浴温度３０～６０℃，溶剂蒸发２～２４小时后将基片从广口瓶中取出，放置在匀胶机上，以６０００转／秒进行甩膜，甩膜时间１０－１２０ｓ，得到ＰｂＴｅ纳米晶组装的薄膜。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：汪敏强，林忠海，薛耀辉，魏立卓，郑中华，姚熹，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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