[发明专利]纳米颗粒系统及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用蝶翅作为结构引导模板制备的具有减反射微观结构的纳米颗粒系统及制备方法，以及采用该纳米颗粒系统制备的太阳能集热器及该太阳能集热器的光能吸收器的制备方法。

背景技术

现在比较成熟的纳米颗粒薄膜系统制备方法有化学气相沉积（CVD）、离子溅射、高能球磨、电镀沉积和等离子电弧等方法。但上述方法都存在着一些缺陷，如高能耗、低产出、制备得到的产品形貌差、颗粒粒度不均一、多成分耦合纳米颗粒制备难、亚微米结构耦合困难等，这些缺点都在一定程度上限制了这些制备方法的推广和应用。因此寻找简易有效的生产方法是当前该领域的研究重点和热点。

功能材料的突破往往是科学家们从自然界得到启发开始的，生物经过漫长的进化，为了适应环境以求生存，大多具有结构复杂而功能强大的机体，例如，壁虎利用足毛而能牢牢附在竖立的墙上，蝴蝶由于其翅膀具有精细的微观结构而呈现彩虹色或黑色，并拥有自清洁功能。这些机体的微观结构对它们的性能起着决定性的作用，利用这些生物作为模板，制备具有分级精细结构的功能材料将大大提高材料的性能，并简化生产方法。目前，使用生物体作为模板，制备功能材料的方法使用已经比较广泛，但利用碟翅作为模板大尺度制备贵金属-硫族半导体耦合纳米颗粒薄膜并结合蝶翅减反射微观结构的方案还未见报道。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的第一目的是提供一种纳米颗粒系统及制备方法，该纳米颗粒系统具有减反射微观结构，其包括同时沉积在蝶翅上的贵金属纳米颗粒和硫族半导体化合物纳米颗粒。

本发明的第二目的是提供一种以上述纳米颗粒系统制备的太阳能集热器。

本发明的第三目的是提供一种采用上述纳米颗粒系统制备太阳能集热器的光能吸收器的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种纳米颗粒系统的制备方法，包括：

（1）选择一种具有减反射微观结构的蝶翅；其中，蝶翅可以选择任何一种具有减反射微观结构的蝶翅，如裳凤蝶蝶翅或碧凤蝶蝶翅，本发明不对此进行限定；在本发明的一具体实施例中，选用裳凤蝶的前翅；

（2）将所述蝶翅在贵金属前驱体溶液中浸渍；

（3）加入还原剂，得到沉积有贵金属纳米颗粒的蝶翅；

（4）将沉积有贵金属纳米颗粒的蝶翅浸渍于硫族半导体化合物前驱体溶液中，加热所述硫族半导体化合物前驱体溶液以在上述蝶翅表面形成硫族半导体化合物纳米颗粒，得到所述纳米颗粒系统。

其中，所述硫族半导体化合物前驱体溶液包括含有该硫族半导体化合物金属元素对应阳离子的可溶性盐与含有该硫族半导体化合物硫元素对应阴离子的可溶性盐的混合物。如，对于硫族半导体化合物CuS，其前驱体溶液可包括选自氯化铜、硫酸铜、硝酸铜溶液中的一种或几种的可溶性铜离子溶液及与选自硫脲、硫化钠中的一种或几种的可溶性S^2-的混合溶液。

优选地，在所述步骤（1）和步骤（2）之间还包括，对蝶翅进行包括如下步骤的前处理及活化处理：

将所述蝶翅置于无水乙醇中15~30min；

清洗；

将所述蝶翅浸渍于体积分数为5vol%~15vol%的HNO₃溶液中1~3h；

清洗；

将所述蝶翅浸入乙二胺和无水乙醇的溶液中，其中乙二胺的质量分数为10%~40%，浸泡3~10h；

清洗。

优选地，所述贵金属前驱体溶液为氯金酸，所述贵金属纳米颗粒为Au纳米颗粒。

优选地，所述蝶翅浸入贵金属前驱体溶液中的时间为2~10h，所述贵金属前驱体溶液的温度为15~35℃。

优选地，所述还原剂为硼氢化钠或硼氢化钾。还原反应的具体条件可由本领域技术人员根据现有技术确定，此处不做限定。

优选地，所述步骤（3）和步骤（4）之间还包括；

将沉积有贵金属纳米颗粒的蝶翅浸渍于所述硫族半导体化合物的前驱体溶液中，在60~100℃下保温0.5~4h，之后冷却至室温，取出所述蝶翅并清洗。

优选地，所述硫族半导体化合物前驱体溶液中的阳离子为ⅠB或ⅡB族金属阳离子。

优选地，所述硫族半导体化合物为硫化铜或硫化镉，所述ⅠB或ⅡB族金属阳离子为Cu²⁺或Cd²⁺。

优选地，加热所述硫族半导体化合物前驱体溶液的方法包括：

将浸渍有蝶翅的硫族半导体化合物前驱体溶液置于高压釜中；

将所述高压釜置于干燥箱中，通过干燥箱进行升温和保温。