[发明专利]ZnO纳米晶溶液的制备方法及其成膜聚集状态调控方法

说明书

本发明公开了一种ZnO纳米晶溶液的制备方法及其成膜聚集状态调控方法，首先用传统的制备方法制备ZnO纳米晶溶液，将ZnO纳米晶溶液离心，倒掉上层清液后，称取离心后的沉淀物，加入体积比为1.5～13％的丙胺/氯仿混合溶液，配成浓度为10～60mg/ml的ZnO溶液，过滤即得高度分散透明的ZnO纳米晶溶液。本发明的优点是：通过调控丙胺/氯仿的体积比来配制混合溶液溶解高度分散透明的ZnO纳米晶溶液；通过调整配体与ZnO的质量比、混合时间来得到不同粗糙度的ZnO膜，显著地提高了纳米晶在溶液中的分散性和稳定性，从而通过膜的表面粗糙度和形貌来调控光谱吸收性能。

技术领域

本发明涉及一种ZnO纳米晶溶液的制备方法，具体涉及一种高度分散透明的ZnO纳米晶溶液的制备方法及其成膜聚集状态调控方法。

背景技术

半导体纳米晶ZnO、TiO₂等材料制备条件简易，成本低廉，具有较强的光谱吸收和发射范围，因此在光电器件和探测器领域具有很大的应用价值。纳米晶具有大的表面积导致表面存在大量不饱和键和缺陷，氧分子和水分子都会作用于缺陷的表面导致纳米晶性能降低，会极大地影响其在激发态下电荷的传导，纳米晶的“稳定性”是制约该领域发展的瓶颈之一。现有技术制备的ZnO纳米晶溶液呈浑浊状态，分散性和稳定性均不好，导致ZnO膜的微结构无序或者有较严重的大范围聚集，从而影响光电转换或探测的效率。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种高度分散透明的ZnO纳米晶溶液的制备方法；本发明的第二目的是提供基于该高度分散透明的ZnO纳米晶溶液成膜的聚集状态调控方法。

技术方案：一种ZnO纳米晶溶液的制备方法，首先用传统方法制备ZnO纳米晶溶液，还包括如下步骤：将所述ZnO纳米晶溶液离心，倒掉上层清液后，称取离心后的沉淀物，加入体积比为1.5～13％的丙胺/氯仿混合溶液，配成浓度为10～60mg/ml的ZnO溶液，过滤即得高度分散透明的ZnO纳米晶溶液。

所述丙胺/氯仿混合溶液的体积比优选为6.5～13％，在此范围内，丙胺配体与ZnO颗粒配体作用更充分，胶体体系更稳定。

所述过滤采用孔径0.45μm的过滤器过滤，目的是过滤掉溶液中的大颗粒，比如微米级的ZnO颗粒聚集体，使溶液更纯净。

本发明基于高度分散透明的ZnO纳米晶溶液制备的ZnO膜的聚集状态调控方法，定义MR＝M_配体/M_ZnO，其中，M_配体为配体的质量，M_ZnO为ZnO的质量，配体为胺类或硫醇类，且碳原子数为2～6，当MR＝0.06～0.3、混合时间≤5min时，制得表面较平整的ZnO膜；当MR＞0.3、混合时间＞5min时，制得表面较粗糙的ZnO膜。

所述胺类优选为乙二胺、己二胺或对苯二胺，所述硫醇类优选为1,2-乙二硫醇、1,2-苯二硫酚或1,4-苯二硫醇；其中，乙二胺、1,2-乙二硫醇均与ZnO之间的作用力较强，时间短、浓度低就能实现聚集，而长链的配体与ZnO之间的作用力较弱，且由于空间位阻作用，较难实现很大的聚集。实际操作中，根据需要来选择相应配体。

在ZnO纳米颗粒表面通过共价键和自组装的方式，修饰了1～5nm厚的胺类或硫醇类配体，通过调控MR，可以有效地调控配体与ZnO纳米晶的相互作用，旋涂制备不同粗糙度的膜，首先配体的选择为胺类或硫醇类，且碳原子数为2～6，而短链硫醇类配体与ZnO纳米晶的作用力更强，因此可以得到粗糙度较大的膜，而胺类配体可以得到表面粗糙度较小的膜。这个工艺简易地实现了多种微纳米结构ZnO膜的制备，是一种普适的方法；其次成膜的混合时间，配体与ZnO纳米晶的作用时间会决定ZnO的聚集状态，较长的混合时间会导致纳米颗粒交联聚集长大，因此通过控制混合时间和旋涂工艺，就可以得到不同粗糙度的ZnO膜。通过使用不同类型的配体可以控制膜的微结构，显著地提高了纳米晶在溶液中的分散性和稳定性，从而调控膜的光谱吸收等性质。