[发明专利]碲化镉量子点接枝石墨烯-碳纳米管复合薄膜光开关材料及制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种碲化镉量子点接枝石墨烯-碳纳米管复合薄膜光开关材料及制备方法，属于光、电及换能材料技术。

背景技术

量子点是准零维的纳米材料，由少量的原子所构成，是在把导带电子、价带空穴及激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构。通常由化学方法制备的半导体纳米粒子具有类似于原子中的电子分立能级结构和光跃迁特性，是发展新型电子、光电子器件的理想的半导体器件纳米材料，其量子点能级结构可通过改变纳米粒子尺寸的大小进行调节。

碳是自然界中广泛存在和最为常见的元素之一，可以组成多种形态不同、性能独特的材料。近年来，碳纳米技术的研究相当活跃，新发现、新应用层出不穷。由于其拥有许多优异的物理和化学特性，在化学、物理学及材料学等领域具有广阔的应用前景。作为一维和二维碳纳米材料的代表，碳纳米管和石墨烯具有非常高的力学性能以及优异的光电特性。可以说碳纳米管和石墨烯在结构和性能上有很多相似而又互补的地方，一维碳纳米管和二维的石墨烯能作为构建三维碳质材料的基本单元，不同电子结构（金属态或半导体态）的碳纳米管与不同层数的石墨烯通过原位复合与功能化方法相结合而搭建网络连接体系，大的共轭结构使得它们能够通过π-π相互作用（Chao Zhang, Lulu Ren, Xiaoyan Wang, et al. GrapHene Oxide-Assisted Dispersion of Pristine Multiwalled Carbon Nanotubes in Aqueous Media. J. PHys. Chem. C 2010, 114, 11435–11440） 进行复合而改善器件的光电性能，由于其独特的三维微观结构和电学性质，石墨烯-碳纳米管复合薄膜的应用研究具有重大的理论意义和潜在的社会价值。

由纳米半导体量子点与石墨烯-碳纳米管复合薄膜制成的纳米复合功能材料可用于制备光电器件，其中石墨烯-碳纳米管复合薄膜所具有的大的比表面和三维微观多孔结构便于量子点的吸附，并且器件的光电性质可以通过量子点尺寸与分布进行调节与控制，使器件的功能和结构具有很好的适应性。目前尚未见到涉及纳米半导体量子点接枝石墨烯-碳纳米管复合薄膜光开关材料的制备、光控及其光、电等性能方面的专利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碲化镉量子点接枝石墨烯-碳纳米管复合薄膜光开关材料及制备方法，该方法制备过程简单，所制得的碲化镉量子点接枝石墨烯-碳纳米管复合薄膜光开关材料，具有成膜容易，光、电性能易调控，光电转换速率快等优点。

本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种碲化镉量子点接枝石墨烯-碳纳米管复合薄膜光开关材料，其特征在于，该光开关材料由带有负电荷的石墨烯-碳纳米管复合薄膜为基底，在其基底上静电自组装带正电荷的聚二丙烯基二甲基氯化铵（PDDA）和带有负电荷的碲化镉（CdTe）量子点组成，碲化镉量子点直径为4~6nm。

上述的碲化镉量子点接枝石墨烯-碳纳米管复合薄膜光开关材料的制备方法，其特征在于包括以下过程:

（1）以玻璃为基底，用去离子水和乙醇交替对基底超声洗涤后在真空干燥备用；

（2）碳纳米管溶液的制备

将碳纳米管在550℃的真空管式炉中通以空气与氮气的体积比为1:4、总的气体流速为300cm³/min的混合气体氛围中处理1小时，再在100℃的质量浓度为37%的盐酸溶液中冷凝回流1小时后抽滤，用去离子水反复洗涤滤饼至洗涤液呈中性，在温度60℃下真空干燥得到纯净的碳纳米管，然后将纯净的碳纳米管和表面活性剂十二烷基硫酸钠加入到去离子水中，超声分散，配成碳纳米管的浓度为0.05mg/mL，表面活性剂质量浓度浓度为0. 5%的溶液，记为A溶液；

（3）将氧化石墨烯超声分散在去离子水中配制成浓度为0.5mg/mL的氧化石墨烯溶液，记为B溶液；

（4）液相成膜过程

将步骤（2）制得的A溶液和步骤（3）制得的B溶液按照溶液中的氧化石墨烯与碳纳米管的质量比为1:1混合均匀，在冰浴条件下超声30分钟，制得混合溶液，混合溶液用醋酸纤维微孔滤膜抽滤，滤饼用去离子水洗涤，洗涤后的滤饼负载在步骤（1）处理过的基底上，然后在其上面加压室温干燥4小时。干燥后将基底连同上面覆盖的微孔滤膜浸泡在丙酮溶液中去除微孔滤膜，则得到在基底上负载的石墨烯-碳纳米管复合薄膜。

（5）石墨烯-碳纳米管复合薄膜的后处理