[发明专利]一种光致变色硫化镉梳状半导体微纳材料的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种硫化镉梳状半导体微纳材料的应用，属于光致变色技术领域。

背景技术

每一个现实世界显现的颜色，无论是夜晚的不同的灯光的颜色还是我们日间看到的颜色绚丽的广告牌，都有着其内在的技术渊源和材料基础。而光致变色材料和光致变色技术的存在则使得各种颜色的自由切换成为可能，因此，使得我们生活的世界更加丰富多彩。通常光致变色的定义为：在外界激发源的激励下，一种物质发生颜色变化的现象称为变色性。光致变色是指一种化合物A受到一定波长的光照射时，可发生光化学反应得到产物B，A和B的颜色(即对光的吸收)明显不同。B在另外一束光的照射下或经加热又可恢复到原来的形式A。光致变色是一种可逆的化学反应，这是一个重要的判断标准。不同的颜色的显现都有着自己的来源。随着新材料和新技术的发展，我们已经可以用多种途径和技术显现不同的颜色或色彩，光致变色技术因为新型变色材料及技术的研制和发展应用将给我们带来更加绚丽的世界。

1867年光致变色材料首次报道后，因为其在光存储等方面的广大应用前景受到广泛的关注。目前为止，光致变色现象基本都是来源于过渡金属氧化物或化合物，如WO₃、、MoO₃、TiO₂等。其在受光照后，颜色会发生可逆性的变化。如感光照相使用的卤化银体系，已广泛应用于胶片行业。而W0₃作为一种重要的无机光致变色材料已广泛应用于变色玻璃领域，具有稳定性好、成本低等优点，但其光致变色效率较低。近年来，将光致变色材料和技术已陆续用于变色玻璃及装饰材料、光信息存储、光调控、光开关、光学器件材料、光信息基因芯片等领域，另外，在国防科技领域，光致变色材料对强光特别敏感，因此可以用来制作强光辐剂量剂。它能探测紫外线、X射线等的强度。如将其涂在飞机或轮船的表面，能快速精确地计量出高辐射的剂量。光致变色材料还可以制成多层滤光器，控制辐射光的强度，防止紫外线对人眼及身体的伤害。如果把光致变色体系用于记录飞机、军舰的行踪，形成可褪色的暂时痕迹，可以做保密通讯。因此，该类光致变色技术更受到受到全球范围内的广泛关注。

美国、日本、法国等国家一直热衷于新型光致变色材料的研究，日本在民用行业上开发比较早。目前，新型光致变色的研究大都集中在偶氮类、二芳基乙烯以及相关的杂环化合物上，这些材料只能实现部分颜色的转变。因此，也更需要继续探索和发现新型的光致变色体系和技术。我们知道的无机变色材料包括三氧化钨、碲、锗及其合金以及氧化钼(碲、锗及其合金靠添加在化合物中的金属(主要是过渡周期重金属)离子化合价的变价，以及化合物分解和化合来实现颜色变化，通常可以分为金属离子变价型和卤化物分解化合型两种。目前为止，所有的光致变色无机材料和技术的研究几乎都绕不过上述几种材料体系。因此，需要开发一种低成本普适性光致变色技术，无论是在材料体系还是技术层面上有所突破。

本发明基于半导体纳米技术。近年来，纳米技术和纳米材料的发展非常迅速，受到世界各国科学家的广泛研究，在一些新的微纳技术和微纳器件的新性质和新性能方面都取得了令人瞩目的结果，很多具有广泛应用价值的研究结果也已开始产业化。纳米科技就是以纳米尺度材料进行研究和应用的科学技术。众所周知，目前的以集成电路技术为核心的微电子科技是依赖于传统半导体材料和技术发展起来的，并成为当前电子信息时代的基石，已广泛应用于传感、发光、新能源、激光器等领域。

而纳米尺度的半导体材料和技术，有着不同于传统的半导体技术全新的性质，在纳米材料中，由于纳米级尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度等物理特征尺寸相当，使得晶体周期性的边界条件被破坏；纳米微粒的表面层附近的原子密度减小；电子的平均自由程很短，存在大量的缺陷态，局域性增强。尺寸下降还使宏观固定的准连续能带转变为离散的能级。这些导致纳米材料宏观的声、光、电、磁、热、力学等的物理效应与传统的常规材料所不同，体现为量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观隧道效应等。因此，基于新型的半导体纳米材料和技术的新的器件和应用正不断涌现。在本征半导体材料中，掺入适量的杂质，从而调控其载流子的种类和数量，控制其性质，是半导体工艺不可或缺的技术之一。特别是，特定的杂质原子的掺入可以极大地调制其吸收、发光及输运等性能。在半导体家族中，II-VI族半导体属于宽禁带直带隙体系，可以作为很好的可见光区的荧光固体材料，其通常具有很强的量子效率，已经广泛应用于光源、太阳电池、及探测器等领域，可以做成各种发光器件及激光器，如硒化锌白光二极管等，光电传感器如硫化镉光电二极管等。

发明内容