[发明专利]一种红光宽带发射纳米晶体阵列的微波溶剂热生长方法

说明书

技术领域

 本发明涉及阵列化的纳米发光材料的制备，特别是一种红光宽带发射纳米晶体阵列的微波溶剂热生长方法。

背景技术

稀土硫化物是一类具有丰富光、电、磁等特性的重要功能材料，广泛应用于无机颜料、热电材料、光学材料等诸多领域。其中，稀土掺杂硫化钙是一个非常经典的橙红光发光材料，能够很好的匹配蓝光芯片实现600-680 nm的红光发射，而且具有较高量子效率。在光合作用有效光谱中，主波长在660 nm的红橙光为有效红光部分，可以用来构筑有效光合作用光谱。目前，利用非模板法制备阵列化的纳米材料一般有两种方法：一种是气相法；另一种是液相法。气相法中包括化学气相沉积（CVD）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）和热蒸发，但这些方法制备成本较高、很难控制样品的均匀性，需要寻找一条低成本、可控以及大规模的制备方法。

近来，Vayssieres等人利用水热法在硅片和玻璃等衬底上制备了阵列化的氧化锌纳米丝，而Yang等人利用化学反应法在镀有氧化锌薄膜的硅片和玻璃等衬底上也制备了阵列化的氧化锌纳米丝。但是上述两种方法制备的氧化锌纳米丝直径较粗，大小分布不均匀。溶剂热方法以有机溶剂代替水，适合于对水敏感的硫化物等非氧化物体系的制备，通过将反应体系加热至临界温度（或接近临界温度），在反应体系中产生高压环境而进行无机合成与材料制备的一种有效方法。考虑到溶剂热合成化学对技术材料领域的广泛应用，特别是高压溶剂热合成化学的重要性，为了推广和发展溶剂热反应，我们进一步将其拓展到薄膜的沉积。利用溶剂热法在反应基片上制备无机纳米晶薄膜是最近发展起来的一种制备薄膜的新方法。在反应中，粒子在基片上直接生长成微米（纳米）晶薄膜。相对于传统的薄膜制备方法更简便，在一定程度上丰富和发展了传统的薄膜制备方法，引起了人们的极大兴趣。液相合成中的微波技术首次在1986年得到应用，并以其快速的体积加热来加快反应速率的优势，在无机纳米材料合成领域中的应用得到了快速的增长。微波辅助醇法是将微波加热与醇热法的优点相结合，实现快速制备纳米材料的目的，避免采用昂贵的MOCVD设备和工艺。醇类尤其是乙醇是微波吸收的良好介质，微波醇热合成方法将有利于产物的结晶度提高。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析和存在问题，提供一种红光宽带发射纳米晶体阵列的微波溶剂热生长方法，该方法用微波溶剂热在有晶种层的硅或玻璃衬底上生长红光宽带发射的CaS纳米晶阵列，溅射膜与衬底之间的附着性好、膜的厚度可控且重复性较好、成本低，可显著提高CaS纳米晶的晶体质量和光学质量。

本发明的述技术方案：

一种红光宽带发射纳米晶体阵列的微波溶剂热生长方法，采用两步法，即采用磁控溅射先在硅或玻璃衬底上生长晶种层，再采用微波溶剂热法通过改变前驱溶液浓度、生长温度和生长时间控制CaS纳米晶阵列的生长，具体步骤如下：

1）将硅（111）或玻璃衬底分别用丙酮、乙醇超声清洗后，放入2 wt%氢氟酸溶液中去除表面的氧化物，再用去离子水洗涤，在80℃下恒温烘干，然后以CaS为靶材，采用磁控溅射装置在硅（111）或玻璃衬底上生长CaS晶种层，工艺条件是：充入气压为2.8 Pa氩气、溅射电流为4 mA、衬底温度为室温，将生长好的CaS晶种层在高纯氮气气氛中200℃下退火处理15 min，将生长有CaS晶种层的硅（111）或玻璃衬底放在高强度框式反应罐内；