[发明专利]固溶体碲化锡铅半导体纳米晶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种固溶体碲化锡铅半导体纳米晶PbSnTe₂制备方法，包含如下步骤：步骤一、取摩尔比为(0.9‑1.1):0.9‑1.1):(1.9‑2.1)的Pb、Sn与Te粉放置于惰性气体环境中1.5‑3小时以除去空气；步骤二、将步骤一所得混合物在1100‑1300r/min条件下球磨30‑40h即得所述的固溶体碲化锡铅半导体纳米晶PbSnTe₂。所制得的碲化锡铅纳米晶尺寸均匀、纯相(无杂质)，且结晶性良好。由于其良好的光电性能，使其在光伏产业，红外探测及光电子元器件等领域均有潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料的制备领域，具体涉及的是一种三元半导体纳米晶碲化锡铅(PbSnTe₂)的物理制备方法。

背景技术

纳米材料的制备是材料科学领域的研究热点之一。纳米材料由于具有显著的量子尺寸效应、表面效应和介电限域效应，从而引起材料在力学、电学、磁学、热学、光学和化学活性等特性上的变化，从而受到科学家的广泛关注。

PbTe和SnTe是两种典型的二元Te族化合物，但是这两种化合物的固溶体PbSnTe₂却很少在文献中看到。PbSnTe₂的基本光带位于0～0.22eV附近，这使得它在红外有潜在的应用。从器件应用角度而言，利用各种半导体材料所具有的能带结构，可以设计和制作各种半导体器件。通常PbSnTe₂的制备方法有气相外延、分子束外延，但是纳米晶的特性只有在其尺寸与形貌具有较好的单分散性时才能充分体现出来，因此要使纳米材料进入应用领域，必须首先解决好纳米材料的制备工艺问题，以获得尺寸、形貌、维度、单分散性稳定可靠的纳米材料。在金属碲化物纳米晶制备方面，目前有化学沉积法、声化学法、水热合成法和微波辐射法等合成的方法，但是这些方法往往需要有机溶剂、高温和辐射等条件，成本较高，以及实验中使用的前驱物本身有剧毒性，环境不友好，且纳米晶的产量非常少，不利于大规模生产，大多只适合于实验室进行单纯的科研工作需要，这就使半导体纳米晶在应用领域的进一步推广受到极大限制。因此,寻找反应条件温和、易于操作、适用范围广、成本低的方法制备纳米材料的新方法尤为重要。本发明中，我们采用了一种物理方法制备PbSnTe₂半导体纳米晶，即机械合金化法，该方法具有简单易行，反应条件温和成本低、易于工业化生产且等优点。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种简单高效，低成本的机械合金化法(物理法)替代化学法，制备碲化锡铅(PbSnTe₂)纳米晶。合成的三元半导体纳米晶色泽为黑色，尺寸分布均匀、纯相且结晶性良好。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种固溶体碲化锡铅半导体纳米晶及其制备方法，详细如下。

一种固溶体碲化锡铅半导体纳米晶的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

步骤一、取摩尔比为(0.9-1.1):0.9-1.1):(1.9-2.1)的Pb、Sn与Te粉放置于惰性气体环境中1.5-3小时以除去空气；

步骤二、将步骤一所得混合物在1100-1300r/min条件下球磨30-40h即得所述的固溶体碲化锡铅半导体纳米晶PbSnTe₂。

作为上述技术方案的优选，本发明提供的固溶体碲化锡铅半导体纳米晶的制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：

作为上述技术方案的改进，所述步骤一中所述Pb、Sn与Te粉的粒径为80-120nm。

作为上述技术方案的改进，所述步骤一中的Pb、Sn与Te粉的纯度均高于99.9wt％。

作为上述技术方案的改进，所述步骤二中的球磨过程所使用的球磨子直径为2-12毫米，球粉质量比设定为5:1。