本发明专利技术公开了一种利用二硫化碳的溶剂作用制备富勒烯超薄单晶带的方法。一种富勒烯单晶带的制备方法，包括下述步骤：1)配制富勒烯在良溶剂二硫化碳中的良溶液；2)将所述富勒烯的醇类不良溶剂加入到所述良溶液中，或将所述良溶液加入到所述富勒烯的醇类不良溶剂中，静置至晶体析出，得到二硫化碳和富勒烯的固溶体单晶带；3)在惰性气体保护下，对所述二硫化碳和富勒烯的固溶体单晶带进行煅烧，得到面心立方的富勒烯单晶带。本发明专利技术提供的方法简单易行，通过改变富勒烯的良溶液浓度和不良溶剂计入方式，使所得单晶带的大小、长径比得以调控。本发明专利技术提供的方法为富勒烯材料在光电领域的广泛运用奠定了基础。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
过去的几十年里，富勒烯(如C60，C70等)由于独特的球形结构和光电磁性能，引起了广泛的关注，成为光电领域的明星分子。富勒烯薄膜材料也已经广泛运用到各种器件中，如太阳能电池的给体层，场效应晶体管的η-型半导体。富勒烯由于过于对称的结构，在溶液中倾向于和溶剂一起结晶，形成固溶体。由于溶剂笼和共结晶的作用，固溶体的晶型千变万化，得到的晶体形貌也千变万化。通过溶液的方法，已经能够得到富勒烯的棒，线，须，管的一维结构，菱形片，六边形片的二维结构，和花状的三维结构。其中大多表现为含溶剂的固溶体单晶的结构。仔细分析，单晶材料的结晶性和外形都对器件的性能有很大的影响。晶体结构中， 越紧密的堆积越利于电荷的有效传输。和其他形貌的微纳晶体相比，超薄单晶带/片有着特别的器件优势。单晶材料往往具有易碎性，但是超薄的单晶有良好的柔软性，使之在柔性基底和柔性器件上的使用成为可能，同时，柔软的半导体超薄单晶带，和电极或绝缘层都有着良好的接触(大的接触面积，小的接触缝隙)，能有效减少接触电阻，另外，超薄的厚度也减少了载流子和上电极间的传输距离，是良好性能的必要条件。超薄单晶带/片是最接近现在广泛运用的薄膜材料的结构，又比薄膜材料有着更完美的结晶性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种富勒烯单晶带的制备方法。本专利技术所提供的富勒烯单晶带的制备方法，包括下述步骤1)配制富勒烯在良溶剂二硫化碳中的良溶液；2)将富勒烯的醇类不良溶剂加入到所述良溶液中，或将所述良溶液加入到所述富勒烯的醇类不良溶剂中，静置至晶体析出，得到二硫化碳和富勒烯的固溶体单晶带；3)在惰性气体保护下，对所述二硫化碳和富勒烯的固溶体单晶带进行煅烧，得到富勒烯单晶带。其中，步骤1)所述良溶液中二硫化碳的浓度小于0. 5mg/ml ；优选浓度为0. Img/ ml-0. 5mg/ml。步骤i)中将所述富勒烯的醇类不良溶剂加入到所述良溶液中的方法可选自下述任意一种逐滴滴加法、界面分层扩散法和一次性注入法。将所述良溶液加入到所述富勒烯的醇类不良溶剂中的方法可采用一次性注入法。所加入的醇类不良溶剂与所述良溶液的体积比可为1 1-10 1，该比例随良溶液浓度和不良溶剂添加方法的不同而变化。静置时间一般2-48小时，直至晶体析出，该静置时间根据不良溶剂添加方法不同而变化。步骤2)中所述富勒烯的醇类不良溶剂具体可为异丙醇，其他醇类如乙醇，甲醇也能得到类似形貌，但是考虑到溶解度等因素，该体系中优选为异丙醇。步骤3)中所述煅烧可在管式炉中进行，所述煅烧的温度可为80°C-13(TC，煅烧时间可为5-20小时。煅烧中使用氮气等惰性气体保护富勒烯不被氧化。本专利技术中所述富勒烯是一系列由数十个到数千个偶数碳原子组成的球形结构碳分子或碳笼烯，化学通式为Cn，其中η为大于或等于60的偶数；考虑到在光电材料上的运用潜力，所述富勒烯优选为C60或C70。利用本专利技术方法得到的超薄富勒烯单晶带也属于本专利技术的保护范围。本专利技术利用二硫化碳的溶剂作用，得到二硫化碳和富勒烯的固溶体单晶带，经过煅烧后得到了富勒烯超薄单晶带。该晶体良好的结晶性和薄的厚度，有利于替代现有富勒烯薄膜用于微型器件。本专利技术提供的制备方法简单易行，通过改变富勒烯的良溶液浓度和不良溶剂添加的方法，使得单晶带的大小，长径比，均可以得到调控。本专利技术制备的富勒烯单晶带的长度可在ι μ m-lcm之间调控，宽度200nm-50 μ m,厚度50nm_l μ m,长径比3-1000。 此方法制备的纳米带能够很好的分散在基底表面，组装成单根的器件。本专利技术提供的方法为富勒烯材料在光电领域的广泛运用奠定了基础。附图说明图1为实施例1制备的样品1#的扫描电子显微镜(SEM)图像(煅烧前)。图2为实施例1制备的样品1#的原子力显微镜(AFM)图像(左图)和厚度测量结果(右图)(煅烧前)。图3为实施例1制备的样品1#的透射(TEM)图像(左图)，高分辨透射(HR-TEM) 图像(中图)和电子衍射(ED)花样(右图)(煅烧前)。图4为实施例1制备的样品1#的X射线衍射(XRD)图(煅烧前)。图5为实施例1制备的样品2#的扫描电子显微镜(SEM)图像(煅烧前)。图6为实施例2制备的样品3#的扫描电子显微镜(SEM)图像(煅烧前)。图7为实施例2制备的样品4# (左图)和样品5# (右图)的扫描电子显微镜(SEM) 图像(煅烧前)。图8为实施例3制备的样品6#的扫描电子显微镜(SEM)图像(煅烧前)。图9为实施例4制备的样品7#的扫描电子显微镜(SEM)图像(煅烧前)。图10为实施例5制备的样品8#的扫描电子显微镜(SEM)图像(左图)和透射电镜(TEM)图像(右图)(煅烧前)。图11为实施例6制备的样品9#的透射(TEM)图像(左图)，高分辨透射(HR-TEM) 图像(中图)和电子衍射(ED)花样(右图)(煅烧后)。图12为实施例6制备的样品9#的X射线衍射(XRD)图(煅烧后)。图13为实施例1制备的样品1#的热重分析(TGA)曲线。图14为实施例7中由超薄带组成的器件的扫描电子显微镜(SEM)图像。图15为实施例7中由超薄带组成的器件的输出曲线(左图)，和转移曲线(右图)。具体实施方式本专利技术提供的超薄单晶纳米带的制备方法核心内容为二硫化碳富勒烯良溶液在合适的条件下和醇类不良溶剂的混合，形成正交晶系的二硫化碳和富勒烯的固溶体，之后在惰性气体保护下高温煅烧，晶格相中的二硫化碳逸出，晶格收缩，得到面心立方的富勒烯超薄单晶带。下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术并不局限于以下实例。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。下述实施例中使用的管式炉是管式炉为洛阳神佳窑业有限公司的1200度快速升温管式电阻炉，型号SJG-12B，最大功率6KW，炉膛有效尺寸(恒温区)50mmX 200mm。实施例1、用反向逐滴滴加法，制备宽度约5μπι的C60单晶带配制0. 125mg/mL的C60 二硫化碳溶液，取0. 5mL置于样品瓶中，一边摇晃，一边逐滴滴加异丙醇2mL，此时溶液由基本澄清，渐渐浑浊，静置证后，样品瓶底部得到黄灰色沉淀。所得样品(编号1#)的扫描电子显微镜图像示于图1，原子力显微镜图像示于图2，可见得到均一的约为5 μ m宽，20 μ m长，SOnm厚的带。该样品的透射图像，高分辨透射图像和电子衍射花样示于图3中，表明单晶性很好，晶格参数和图4中的X射线衍射图一致，是二硫化碳和C60共晶形成的正交晶体，其组成为2C60*3CS2，其晶格常数为a = 25.0 (A)， b = 25. 6 (A)，c = 9. 98 (A)。在该实例中，保持C60 二硫化碳溶液的浓度和体积不变，改变异丙醇的体积从2mL 到1.25mL，所得的C60单晶带(编号2#)的宽度维持在5 μ m左右，长度增加到40 μ m左右， 厚度约为250nm，如图5所示。实施例2、用反向逐滴滴加法，制备宽度为2-3 μ m的C60单晶带配制0. 25mg/mL的C60 二硫化碳溶液，取0. 5mL置于样品瓶中，一边摇晃，一边逐滴滴加异丙醇0. 85mL，此时溶液由基本澄清，渐渐浑浊，静置证后，样品本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种富勒烯单晶带的制备方法，包括下述步骤：１）配制富勒烯在良溶剂二硫化碳中的良溶液；２）将所述富勒烯的醇类不良溶剂加入到所述良溶液中，或将所述良溶液加入到所述富勒烯的醇类不良溶剂中，静置至晶体析出，得到二硫化碳和富勒烯的固溶体单晶带；３）在惰性气体保护下，对所述二硫化碳和富勒烯的固溶体单晶带进行煅烧，得到面心立方的富勒烯单晶带。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：付红兵，黄丽玮，姚建年，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：11
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