一种高均匀性分散碲化物纳米片的制备方法

本发明涉及纳米材料制备，具体涉及一种高均匀性分散的碲化物纳米片的制备方法。

背景技术：

1、随着纳米材料性能的不断深入研究，各种半导体器件不断向微型化方向发展。纳米材料的尺寸效应能够得到更好的性能，也为可穿戴、无线、微纳器件的开发提供了可能性。纳米材料的均匀性对于其在工业工程当中的可靠性影响巨大，例如，纳米材料的导电性或机械性能，极有可能发生在材料较为脆弱的位置，而这些位置大多是材料尺寸或者形貌不均匀的地方；另外，基于纳米结构的光探测器件中，尽管超高比表面的纳米结构可以明显提升对光的吸收率，但其不均匀性仍然无法满足高性能光电探测器的需求。目前，尺寸、形貌和化学成分高度可控的合成工艺相对复杂，需要高质量的材料生长技术，且难以大批量生产。

2、碲化物因其具有较高的电导率，同时具有较高的塞贝克系数及稳定的物理化学性质，成为目前常温热电转换工业领域的基础材料。同时，因较小的间接带隙半导体和拓扑绝缘体性质，近段时间将其作为近红外光电探测材料的研究非常多。尤其是碲化铋和碲化锑等三角晶系晶体，非常容易合成为非常薄的纳米二维片状结构，其二维片状结构具有较大的比表面积和量子尺寸效应，可以作为新一代光电探测器材料。

3、目前，液相合成方法是最为常见的制备碲化物纳米片的方法，但在合成过程中，因为辅助剂较高的粘度和溶质相对较低的含量，导致晶体成核和生长过程中，出现尺寸离散的显现，均匀性极差，影响其物化性能和实际使用。同时，干燥方法对于纳米材料的制备至关重要，大比表面积导致的团聚现象常常影响最终纳米结构的获得和利用。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种高均匀性单分散碲化物纳米片的制备方法。该方法将成核和生长两个阶段有效分离，同一的生长过程制备得到的纳米片尺寸均一、不破损、不团聚。

2、本发明目的通过如下技术方案实现：

3、一种高均匀性分散碲化物纳米片的制备方法，其特征在于：所述碲化物可为碲化铋、碲化锡和碲化锑中任何一种，具体是将铋盐、锡盐或锑盐和碲盐作为前体，表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮，溶解于溶剂乙二醇中形成反应液，置于反应釜中进行搅拌加热合成，待冷却至室温，然后洗涤离心得悬浊液，将悬浊液进行旋涂处理，然后进行冷冻干燥，所述保温合成过程中，对反应液进行扰流处理，具体是在反应釜中引入对称分布有2齿、4齿或6齿的圆弧形扰动齿、底部置有偏离中心的扰流内衬。

4、进一步，所述扰流内衬的内侧壁对称分布有2齿、4齿或6齿的圆弧形扰动齿，内衬底部具有一个偏离中心点内衬内径的10~15%的点为顶点的坡度，顶点处置有旋转用的磁子。

5、进一步，所述圆弧扰动齿为2齿时，设置磁子转速为750~850rpm，扰动齿为4齿或6齿时，磁子的转速为550~650rpm。

6、进一步，在进行扰流处理时，优选4齿或6齿，设置磁子转速为600rpm。

7、要想大量制备出尺寸均一的纳米结构，必须在尽可能短的时间内以爆发的方式成核，使成核和生长两个阶段得以分离，使得让生长过程统一，从而造就尺寸大致相同的纳米颗粒。传统的高压反应釜的密封制备不能保证纳米片尺寸（厚度及直径）的均一性，即使是增加了磁搅拌传统的扰动装置的反应装置制备得到的微纳米材料尺寸的均差仍然较大。本发明在反应釜中增加了一个扰流内衬进行扰流处理，通过扰流中偏心安装磁子，破坏了循环回路中的对称性，在特定的转速下增加了反应过程中溶液溶质的均匀性，促进反应物供给均匀，同时通过扰流减少了产物粘结和下沉积压，增加溶剂热反应的产出率，实现单一尺寸纳米结构的制备。

8、进一步，所述碲盐可为teo2或na2teo3，铋盐可为bi(no3)3∙5h2o，锡盐可为sncl2∙2h2o、锑盐可为sbcl3。

9、进一步，配制反应液过程中加入碱调节反应液ph在10-12.5范围。

10、进一步，所述碲化物为碲化铋时，保温合成温度为170~190℃，时间为8~12h，碲化物为碲化锡时，保温合成温度为210~230℃，时间为20~24h，碲化物为碲化锑时，保温合成温度为190~210℃，时间为10~12h。

11、进一步，所述旋涂处理是将离心得到的悬浊液以30rpm/s的加速度加速到150~250rpm的转速旋涂在过滤纸上。

12、由于纳米片与片之间的吸引力较大，容易出现团聚的情况，故而在干燥之前将悬浊液均匀旋涂分散后，再进行冷冻干燥处理，从而获得分散均匀的纳米片结构。

13、最具体地，一种高均匀性分散碲化物纳米片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

14、（1）采用铋盐和碲盐为前体，以及表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮溶于有机溶剂乙二醇中，再加入碱调节ph，得反应液，所述所述碲盐可为teo2或na2teo3，铋盐可为bi(no3)3∙5h2o；

15、（2）将反应液置于反应釜内衬中，内衬内侧壁带有2齿、4齿或6齿的圆弧形扰动齿起到扰流作用，在170~190℃下保温合成8~10h，所述扰流内衬底部具有一个偏离衬底中心的点为顶点的坡度，顶点处置有旋转用的磁子，扰动齿为2时，设置磁子转速为750~850rpm，扰动齿为4齿或6齿时，磁子转速为550~650rpm；

16、（3）反应结束后，待温度降至室温，取反应后的浊液，先后采用酒精和去离子水，在8000~10000rpm下对浊液进行离心清洗10min，将得到的悬浊液以30rpm/s的加速度加速到150~250rpm速率旋涂在孔径为0.22μm的滤纸上，然后进行冷冻干燥得碲化铋纳米片。

17、本发明具有如下技术效果：

18、本发明中通过热反应过程中引入扰流处理，有效促进反应物供给均匀，同时通过扰流减少了产物粘结和下沉积压，使得使得纳米片的二维横向生长更充分，制得尺寸均匀性优异的碲化物纳米片，纳米片表面最长直径的尺寸分布范围跨度达到20nm左右，并通过旋涂结合冷冻干燥处理，有效解决了纳米片破损、团聚的问题，最终获得形貌完整、不破损、不团聚的单分散碲化铋纳米片结构。

技术特征：

1.一种高均匀性分散碲化物纳米片的制备方法，其特征在于：所述碲化物可为碲化铋、碲化锡和碲化锑中任何一种，具体是将铋盐、锡盐或锑盐和碲盐作为前体，表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮，溶解于溶剂乙二醇中形成反应液，置于反应釜中进行搅拌保温合成，然后洗涤离心得悬浊液，将悬浊液进行旋涂处理，然后进行冷冻干燥，所述保温合成过程中，对反应液进行扰流处理，具体是在反应釜中引入对称分布有2齿、4齿或6齿的圆弧形扰动齿、底部置有偏离中心的磁子的扰流内衬。

2.如权利要求1所述的一种高均匀性分散碲化物纳米片的制备方法，其特征在于：所述扰流内衬底部具有一个偏离衬底中心的点为顶点的坡度，顶点处置有旋转用的磁子。

3.如权利要求1或2所述的一种高均匀性分散碲化物纳米片的制备方法，其特征在于：所述圆弧扰动齿为2齿时，设置磁子转速为750~850rpm，扰动齿为4齿或6齿时，磁子的转速为550~650rpm。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种高均匀性分散碲化物纳米片的制备方法，其特征在于：所述碲盐可为teo2或na2teo3，铋盐可为bi(no3)3∙5h2o，锡盐可为sncl2∙2h2o、锑盐可为sbcl3。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种高均匀性分散碲化物纳米片的制备方法，其特征在于：所述碲化物为碲化铋时，保温合成的温度为170~190℃，时间为8~12h，碲化物为碲化锡时，保温合成温度为210~230℃，时间为20~24h，碲化物为碲化锑时，保温合成温度为190~210℃，时间为10~12h。

6.如权利要求5所述的一种高均匀性分散碲化物纳米片的制备方法，其特征在于：所述旋涂处理是将离心得到的悬浊液以30rpm/s的加速度加速到150~250rpm的转速旋涂在过滤纸上。

7.一种高均匀性分散碲化物纳米片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结一种高均匀性分散碲化物纳米片的制备方法，具体是将铋盐、锡盐或锑盐和碲盐作为前体，表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮，溶解于溶剂乙二醇中形成反应液，置于反应釜中进行搅拌加热合成，待冷却至室温，然后洗涤离心得悬浊液，将悬浊液进行旋涂处理，然后进行冷冻干燥，加热合成过程中对反应液进行扰流处理，具体是在反应釜中引入对称分布有2齿、4齿或6齿的圆弧形扰动齿、底部置有扰流磁子的扰流内衬。本发明中通过引入扰流处理和旋涂处理，制得尺寸均匀性优异的碲化物纳米片，纳米片表面直径的尺寸分布范围跨度达到20nm左右，并通过旋涂结合冷冻干燥处理，有效解决了纳米片破损、团聚的问题，最终获得形貌完整、不破损、不团聚的单分散碲化铋纳米片结构。技术研发人员：孟祥,黄晓兰,张刘洋,程江,李璐受保护的技术使用者：重庆文理学院技术研发日：技术公布日：2024/6/5