[发明专利]具有减反射微纳结构的碳基纳米颗粒薄膜及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属、半导体纳米颗粒薄膜领域，具体涉及一种具有减反射微纳结构的复合固溶半导体耦合的碳基纳米颗粒薄膜及制备方法。

背景技术

红外传感是一门重要的技术，被广泛应用于能源、环境科学、医疗工程和公共安全等领域，如能源计量、环境污染监测、远程遥控、热成像、夜视、热光电、医疗成像、光通信、火警检测、监测、工业过程控制、分析检测等等。大多数红外检测可分为三类：辐射热型、热电型和光电型红外检测。

先前，能达到实际应用要求的红外传感器件大多数为制冷型红外传感器。然而由于低温制冷器的缘故，使得制冷型红外探测器制作成本太高，同时整机的使用寿命有限，且体积较大、重量较重、高能耗，从而限制了其广泛应用。为了降低制造成本和使用能耗，科学家们采用硅材料、有机材料制备了非制冷型红外探测器。但是这些材料制备的红外探测器对于800nm以外的红外波段的红外探测性能极低。为了扩展红外检测的波谱范围，一些纳米材料被应用于开发、制备红外传感材料，如单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米管复合材料、碳纳米颗粒及石墨稀，其红外探测灵敏度达7％-52.9％。同时，基于多成分复合纳米材料调制、优化单一成分纳米材料的光、电学性能机制，在过去的十多年里，大量金属纳米颗粒(如：Pt、Au、Ag纳米颗粒)或半导体纳米颗粒(如CdSe、CdS、PdSn纳米颗粒)通过共价或非共价与碳纳米管或石墨稀复合的红外传感材料应运而生，从而有效的调制、优化了碳纳米管红外传感器的性能。然而，对于金属纳米颗粒来说，虽然其等离子振荡加强电磁场能量局域汇集放大，但分散金属纳米颗粒较有益于促进可见光的吸收；对于CdSe、CdS、PdSn纳米颗粒来说不仅优于紫外到可见光波区域的吸收(250-500nm)，而且还具有一定的毒性，因此均限制了高效、绿色红外传感材料的开发。对于绿色红外传感材料的广泛应用，不仅要求材料具有优异的红外吸收性能，还需要具有无毒性。CuS、Cu₂S纳米半导体材料不仅为价格低廉的环境友好型材料，还具有宽波段近红外光吸收性能(800-1400nm)，从而广泛被人们所关注，并制备了无毒性红外探测材料。

然而，目前的红外传感材料微纳结构简单，且由于受目前制备工艺的限制，很难自组装这些纳米红外传感材料形成具有相应微纳功能结构的宏观尺度薄膜或块体红外传感材料。

仿生遗态模板法，能有效的突破传统工艺的限制，制备具有亚微米精细功能结构的纳米功能材料，因为经过数亿年的演化，自然界进化出了大量具有相应功能的精细结构。并且利用仿生遗态技术制备了大量具有优异红外响应特性的仿生红外探测材料，如掺杂单壁碳纳米管的蓝闪蝶翅红外热探测材料、局域沉积金纳米材料的蓝闪蝶翅红外热探测材料及仿喜高温甲虫红外探测器等。然而这些仿生遗态红外探测功能器件均属于辐射热型红外探测器，很少有报道基于热电或光电型的仿生遗态红外探测材料。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种具有减反射微纳结构的复合固溶半导体耦合的碳基纳米颗粒薄膜的制备方法，以实现制备一种具有减反射微纳结构的宏观尺度的碳基纳米颗粒薄膜，并且该薄膜的纳米颗粒为具有复合固溶半导体耦合效应的纳米颗粒。

本发明的另一个目的在于提供一种具有减反射微纳结构的复合固溶半导体耦合的碳基纳米颗粒薄膜，其是一种宏观尺度的薄膜，可用做红外探测薄膜，以实现复合固溶半导体耦合的碳基纳米颗粒薄膜具有宽波段光吸收性能、高效的光热转换性能以及良好的红外光电效应，及热辅助红外探测性能的目的。

为实现上述目的，本发明提出的技术方案如下：

一种具有减反射微纳结构的复合固溶半导体耦合的碳基纳米颗粒薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)选择一具有减反射微观结构的黑色吸光蝶翅；

(2)在所述蝶翅上化学沉积金属/半导体纳米颗粒；

(3)将化学沉积了所述金属/半导体纳米颗粒后的蝶翅进行碳化处理，使甲壳素基蝶翅模板转换为不定型碳基模板，沉积在模板上的金属/半导体耦合的纳米材料转变为复合固溶半导体纳米颗粒，碳化后的蝶翅与附着于其上的复合固溶半导体纳米颗粒组成复合固溶半导体耦合的碳基纳米颗粒薄膜。

较佳地，在所述步骤(1)和步骤(2)之间还包括：对蝶翅进行如下步骤的前处理及活化处理：

a)将所述蝶翅置于无水乙醇中浸泡15～30min；

b)清洗；

c)将所述蝶翅浸渍于体积分数为5％～15％的HNO₃溶液中1～3h；

d)清洗；