[发明专利]一种纳米材料的定位掺杂方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，特别涉及一种能在基底上实现纳米材料的掺杂和定位制作的方法。

技术背景

掺杂型纳米材料由于具有与纳米材料本体不同的性能而受到广泛关注。通过掺杂，可以改变纳米材料的电特性、光特性和磁特性等，使纳米材料具有更为广泛的应用前景。另一方面，将掺杂型纳米材料定位分布在特定衬底上对于实现掺杂型纳米材料的功能化应用则至关重要。

目前，纳米材料的掺杂方法主要有高温煅烧法和溶液掺杂法。高温煅烧法是将基质材料和掺杂前驱物一齐在高温（温度在1000℃以上）中煅烧，通过高温的热作用使前驱物元素扩散掺杂的过程，这种方法广泛应用于常规微米粒径荧光粉的掺杂制备，但应用于纳米材料的掺杂制备，由于煅烧温度较高，煅烧后的纳米材料容易团聚，从而失去原有的纳米小尺寸特性，影响后续的图案化制作，特别是精细图案的制作。溶液掺杂法则是在液相法合成纳米材料的过程中，在溶液中加入掺杂前驱物，使掺杂元素在纳米材料的生长过程中进入纳米材料。由于液相法的制备温度较低（通常低于300℃），提供予掺杂前驱物的扩散能量不足，掺杂离子不易进入纳米材料而倾向于附着于表面，从而影响纳米材料掺杂及其掺杂后的物理特性。

针对上述问题，需要对纳米材料的掺杂制备方法进行改进，以使纳米材料能够获得稳定掺杂并且可以定位制作在基底上。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纳米材料的定位掺杂方法，工艺步骤简单，可以一步实现纳米材料的掺杂和定位制作。通过脉冲激光的快速定点辐照，一方面能够提供足够的能量使掺杂离子扩散进入纳米材料形成稳定掺杂，另一方面激光的定点辐照则可以直接形成掺杂纳米材料的图案。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种纳米材料的定位掺杂方法，包括以下步骤：

a）将纳米材料与掺杂前驱物在液体中均匀混合，形成混合物；

b）将混合物涂布在基底上并烘干，在基底表面形成混合物涂层；

c）采用脉冲激光对混合物涂层进行定位辐照，形成掺杂纳米材料的图案。

本发明的定位掺杂方法，步骤a）中，所述纳米材料可以是纳米线、纳米管、纳米颗粒、石墨烯、或者其它纳米结构。

本发明的定位掺杂方法，步骤a）中，所述纳米材料可以氧化锌、硫化锌、氧硫化钇、硅酸锌、钒酸钇、氮化镓、碳纳米管或其它含有IV族、V族或VI族元素的固体材料。

本发明的定位掺杂方法，步骤a）中，所述的掺杂前驱物可以是氯化锰、氯化铝、氯化铜、硫化银、氧化铕、硝酸铽或其它含有金属元素的固体材料。

本发明的定位掺杂方法，步骤a）中，所述的液体可以是水、乙醇或者不与溶质反应并且可以通过烘烤蒸发的液体；烘烤温度为80℃～200℃。

本发明的定位掺杂方法，步骤a）中，所述的混合方法可以是搅拌或超声震荡；搅拌速率为50～1000rpm，超声震荡频率为30～80kHz。

本发明的定位掺杂方法，步骤b）中，所述的基底可以是石英、玻璃、ITO玻璃、硅片、陶瓷片、金属片或柔性基片；所述的基底表面可以是平整的，也可以是弯曲的。

本发明的定位掺杂方法，步骤b）中，所采用的涂布方法可以是印刷、旋涂或滴涂。

本发明的定位掺杂方法，步骤c）中的脉冲激光的波段范围为200～2000nm。

本发明纳米材料的定位掺杂方法具有的有益效果包括如下几个方面：

1、本发明提供的纳米材料的掺杂方法，是通过脉冲激光的热作用使掺杂对于纳米材料和金属掺杂元素都没有特定的要求，具有广泛的适用性；

2、本发明的定位掺杂方法具有一步到位的简便性，在材料掺杂制备的同时，实现了图案的定位制作，步骤简便，易于实施，应用性较强；

3、本发明的定位掺杂方法对于基底同样具有较大的适用性，脉冲激光的辐照作用仅会对辐照区域造成轻微损伤而对基底的其他区域没有作用，可适用于石英、玻璃、ITO玻璃、硅片基底；

4、本发明采用脉冲激光进行定位制作，可以实现在弯曲表面以及透明容器的内壁进行图案的定位制作。

附图说明

图1（a）-1（d）分别为本发明介绍的纳米材料的定位掺杂制作流程图；

图2(a)和图2(b)分别为本发明提供的一个实例中，掺锰（Mn）的硫化锌纳米颗粒和铝-氯（Al-Cl）共掺的硫化锌纳米颗粒在石英衬底上制作的点阵图案；