[发明专利]一种利用旋转涂覆制备纳米CdS/PVA薄膜复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料领域，涉及一种纳米CdS/PVA薄膜复合材料的制备方法。

背景技术

金属硫族化合物(硫化物、硒化物、碲化物)作为重要的直接带隙型半导体材料广泛应用于各种发光二极管、非线性光学材料、光敏传感器材料、太阳能电池和光化学催化材料等领域，受到物理学家和化学家的重视。由于其特殊的光电子性质，它们可望成为制备新一代固体电子、光电子器件的材料。研究者们开发了一系列的方法来制备纳米尺寸的金属硫族化合物半导体材料。

①元素直接反应

利用元素直接反应制备二元金属硫属化合物，通常采取高温气相一固相反应的方式，但得到的产物粒径较大。Parkin等人[4（B.Li,Y.Xie,J.X.Huang,H.L.Su,Y.T.Qian,Solvothermal synthesis to NiE2(E=Se,Te)nanorods at low temperature,NanoStructured Materials,1999,11:1067-107）,5（S.H.YuL.Shu,J.Yang,Z.H.Han,Y.T.Qian,Y.H.Zhang,Solvothermal decomposition process for fabrication and particle sizes control of Bi2S3 nanowires,Journal of Materials Research,1999,14:4157-4162）]将金属((Pb,Ag,Zn,Cd等)和S(或Se,Te)在液氨中反应合成出一系列金属硫属化合物.液氨溶解单质硫形成一系列硫一氮(S2N-,S3N-,S4N-)和多硫离子(S62-,S42-)，它们具有较强的氧化性，氧化金属单质后得到无定形的ZnS,ZnSe,CdS,CdSe纳米微粒。

②气-液相沉淀反应

直接将H₂S或H₂Se气体通到金属离子的溶液中，控制一定条件进行沉淀反应，可以制备硫化物或硒化物纳米粒子。这种方法可以通过改变反应溶液的pH值、反应物浓度及反应时间来控制粒子的最终尺寸，但是在反应过程中需要采用毒性较大的H₂S或H₂Se气体，而且反应条件比较苛刻，使这种方法受到很大的限制。

③化学浴沉积法

化学浴沉积法(Chemical Bath Deposition Method，简称CBD)，是一种制备半导体纳米材料，特别是膜材料的简便方法。对于那些溶解度极低的硫化物，可以将金属盐和硫源(NaHS,Na₂S,H₂S,CS₂等)在水溶液中混合沉淀。反应生成的无机微粒沉积在基质上，改变反应物的浓度和沉积的时间，就可以得到不同厚度的半导体纳米薄膜。这些薄膜材料在太阳能利用等方面有着巨大的应用前景。该反应路线简单，但得到的纳米粒子通常为非晶胶粒，而且对于不同的前驱体，溶液的pH值需要相应的改变。

④有机金属化合物交换反应

交换反应的另一条反应途径是使交换过程在有机物与无机化合物或有机金属化合物之间进行。例如:

CdMe₂+[(Me₃Si)₂S]→CdS+2Si(CH₃)₄

反应生成的有机副产物具有很强的共价键，推动反应的进行。有机金属化合物前驱体在许多溶剂中可以稳定的存在，便于在介质中制备分散的纳米颗粒。

研究中还存在着许多急需解决的问题：

对于CdS纳米粒子的制备方面，用有机物对CdS纳米粒子表面进行修饰来控制纳米粒子的粒径和粒径分布，表面修饰剂能增加纳米粒子的稳定性和可分散性。目前多采用苯硫酚或硫醇基团对CdS表面进行修饰，但苯硫酚对CdS纳米粒子的荧光具有强烈的淬灭作用，同时硫醇本身较强的毒性都制约了它们的应用。

对于CdS纳米线的制备，利用溶剂热方法制备出了CdS纳米棒，该种方法避免了以往一些制备纳米线方法采用较高的温度、有毒的反应物和使用特殊的设备等缺点。但是乙二胺只能促进CdS粒子沿[001]方向的生长，它却不能限制CdS侧面的长大，因而单纯使用乙二胺往往只能得到短而粗的CdS纳米棒。