一种半导体纳米纤维及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体纳米材料制备技术领域，涉及一种半导体纳米纤维及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：对液态金属的表面进行预处理，得到半导体薄膜；所述预处理为氧化处理、氮化处理、硫化处理或磷化处理；将表面覆盖半导体薄膜的液态金属铺展在聚合物纳米纤维膜表面，静置，去除表面的液态金属，得到复合纳米纤维膜；溶解去除复合纳米纤维膜中的聚合物，即得半导体纳米纤维。本发明专利技术所提供的制备方法实现了多类型半导体纳米纤维的快速印刷制备，有效解决了静电纺丝和气相沉积等方法制备半导体纳米纤维所面临的复杂前驱体溶液配制、生产效率低、制备半导体种类受限且成本高的等问题，有利于促进半导体纳米纤维在光电探测领域的大规模应用。的大规模应用。的大规模应用。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体纳米纤维及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体纳米材料制备
，具体涉及一种半导体纳米纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]半导体纳米纤维因其独特的光电子特性、表面效应和良好的稳定性，在光电探测和催化等领域具有很大的应用前景，是下一代高性能光电材料研究的焦点之一。
[0003]目前半导体纳米纤维材料的制备主要通过气相沉积法、模板辅助法、脉冲激光沉积法及静电纺丝法等来进行。这些方法通常工艺复杂且效率较低。例如：采用静电纺丝法制备纳米纤维，2ml的前驱体溶液往往需要数小时才能喷射完毕。这使得现阶段半导体纳米纤维的制备成本较高。此外，这些方法往往需要复杂的前驱体材料配置，从而限制了可制备的半导体纳米纤维种类。因此，如何便捷、高效、低成本地制备多类型的半导体纳米纤维对加速半导体纳米纤维在高性能光电探测器方面的应用十分重要。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供一种印刷式半导体纳米纤维及其制备方法。本专利技术的制备方法通过在液态金属表面的氧化、氮化、硫化或磷化处理，直接在液态金属表面生长多种类型的半导体薄膜。进一步的，通过在高聚物纳米纤维表面印刷覆盖半导体薄膜的液态金属，制备出半导体/高聚物复合纳米纤维。随后，通过溶解去除高聚物组分，经抽滤提纯后得到半导体纳米纤维，实现直径可控、多类型半导体纳米纤维的印刷式制备。
[0005]具体来说，本专利技术提供了如下的技术方案：
[0006]一种半导体纳米纤维的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：r/>[0007](1)对液态金属的表面进行预处理，得到半导体薄膜；所述预处理为氧化处理、氮化处理、硫化处理或磷化处理；
[0008](2)将表面覆盖半导体薄膜的液态金属铺展在聚合物纳米纤维膜表面，静置，去除表面的液态金属，得到复合纳米纤维膜；
[0009](3)溶解去除复合纳米纤维膜中的聚合物，即得半导体纳米纤维。
[0010]本专利技术通过将覆盖半导体薄膜的液态金属印刷在高聚物纳米纤维薄膜上，制备出半导体/高聚物复合纳米纤维薄膜。进一步，通过溶解去除高聚物纳米纤维，获得直径均匀、质量较高的半导体纳米纤维。
[0011]优选的，上述的半导体纳米纤维的制备方法中，所述液态金属为镓、铟、锡中的一种的单质或多种形成的合金。
[0012]优选的，上述的半导体纳米纤维的制备方法中，所述液态金属通过用酸去除金属表面的氧化膜后，加热熔化得到；
[0013]进一步优选的，
[0014]所述酸为0.1～1mol/L的盐酸溶液；
[0015]和/或，所述液态金属为镓，所述加热熔化的温度为30～120℃；
[0016]和/或，所述液态金属为铟，所述加热熔化的温度为170～250℃；
[0017]和/或，所述液态金属为锡，所述加热熔化的温度为250～350℃；
[0018]更优选的，
[0019]所述液态金属为镓，所述加热熔化的温度为50～100℃；
[0020]和/或，所述液态金属为铟，所述加热熔化的温度为200～230℃；
[0021]和/或，所述液态金属为锡，所述加热熔化的温度为280～300℃。
[0022]优选的，上述的半导体纳米纤维的制备方法中，步骤(1)中，所述预处理的温度为50～350℃；
[0023]和/或，在搅拌的状态下，对所述液态金属的表面进行预处理；
[0024]进一步优选的，所述预处理为硫化处理或磷化处理，所述预处理的温度为300～350℃；
[0025]和/或，所述搅拌的速度为50～600r/min，搅拌时间为1～30min。
[0026]优选的，上述的半导体纳米纤维的制备方法中，所述预处理为氧化处理，通过液态金属与氧气反应在液态金属表面形成氧化物半导体薄膜，所述氧化物半导体薄膜的厚度为0.7～5nm，更优选为1～3nm；
[0027]和/或，所述预处理为氮化处理，通过高压激发产生的氮等离子体与液态金属反应在液态金属表面生长氮化物半导体薄膜，所述氮化物半导体薄膜的厚度为0.8～5nm，更优选为3～5nm；
[0028]和/或，所述预处理为硫化处理，通过H2S与液态金属反应在液态金属表面形成硫化物半导体薄膜，所述硫化物半导体薄膜的厚度为0.7～3nm，更优选为1～2nm；
[0029]和/或，所述预处理为磷化处理，通过PH3与液态金属反应在液态金属表面形成磷化物半导体薄膜，所述磷化物半导体薄膜的厚度为1～5nm，更优选为2～3nm。
[0030]优选的，上述的半导体纳米纤维的制备方法中，所述预处理为氧化处理，所述硫化处理在大气环境下进行；
[0031]和/或，所述预处理为氮化处理，所述氮化处理在N2或N2混合气中进行；
[0032]和/或，所述预处理为硫化处理，所述硫化处理在H2S混合气体中；所述H2S混合气体中，H2S含量为100～1000ppm，余量为N2和/或Ar；
[0033]和/或，所述预处理为磷化处理，所述磷化处理在PH3混合气体中进行，所述PH3混合气体中，以体积百分比计，PH3含量为0.5～1％，余量为N2和/或Ar。
[0034]优选的，上述的半导体纳米纤维的制备方法中，步骤(2)中，所述聚合物纳米纤维膜采用静电纺丝技术制备得到；
[0035]进一步优选的，所述聚合物纳米纤维膜的材质选自聚酯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚苯胺、聚丙烯腈中的一种或几种；所述聚合物纳米纤维膜的纤维直径为3～1000nm。
[0036]优选的，上述的半导体纳米纤维的制备方法中，所述预处理为氧化处理，表面覆盖氧化物半导体薄膜的液态金属在聚合物纳米纤维膜表面的铺展过程，在大气环境中进行；
[0037]和/或，所述预处理为氮化处理，表面覆盖氮化物半导体薄膜的液态金属在聚合物纳米纤维膜表面的铺展过程，在N2环境中进行；
[0038]和/或，所述预处理为硫化处理，表面覆盖硫化物半导体薄膜的液态金属在聚合物纳米纤维薄膜表面的铺展过程，在H2S混合气体中进行；所述H2S混合气体中，H2S含量为100～1000ppm，余量为N2和/或Ar；
[0039]和/或，所述预处理为磷化处理，表面覆盖磷化物半导体薄膜的液态金属在聚合物纳米纤维薄膜表面的铺展过程，在PH3混合气体中进行；所述PH3混合气体中，以体积百分比计，PH3含量为0.5～1％，余量为N2和/或Ar。
[0040]优选的，上述的半导体纳米纤维的制备方法中，步骤(2)中，所述静置的时间为3～10min；
[0041]和/或，所述去除表面的液态金属的方法为：使用聚二甲基硅氧烷刮片刮除高聚物纳米纤维表面的液态金属，随后依次将高聚物纳米纤维膜浸泡于沸腾的碘化锂/碘混合溶液、沸腾的无水乙醇中，得到复合纳米纤维膜；进一步优选的，所述碘化锂/碘混合溶液中，碘化锂的浓度为100～300mmol/L，碘的浓度为5～20mmol/L；更优选的，将高聚物纳米纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对液态金属的表面进行预处理，得到半导体薄膜；所述预处理为氧化处理、氮化处理、硫化处理或磷化处理；(2)将表面覆盖半导体薄膜的液态金属铺展在聚合物纳米纤维膜表面，静置，去除表面的液态金属，得到复合纳米纤维膜；(3)溶解去除复合纳米纤维膜中的聚合物，即得半导体纳米纤维。2.根据权利要求1所述的半导体纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述液态金属为镓、铟、锡中的一种的单质或多种形成的合金。3.根据权利要求1或2所述的半导体纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述液态金属通过用酸去除金属表面的氧化膜后，加热熔化得到；优选的，所述酸为0.1～1mol/L的盐酸溶液；和/或，所述液态金属为镓，所述加热熔化的温度为30～120℃；和/或，所述液态金属为铟，所述加热熔化的温度为170～250℃；和/或，所述液态金属为锡，所述加热熔化的温度为250～350℃；更优选的，所述液态金属为镓，所述加热熔化的温度为50～100℃；和/或，所述液态金属为铟，所述加热熔化的温度为200～230℃；和/或，所述液态金属为锡，所述加热熔化的温度为280～300℃。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的半导体纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述预处理的温度为50～350℃；和/或，在搅拌的状态下，对所述液态金属的表面进行预处理；优选的，所述预处理为硫化处理或磷化处理，所述预处理的温度为300～350℃；和/或，所述搅拌的速度为50～600r/min，搅拌时间为1～30min。5.根据权利要求1
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4任一项所述的半导体纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述预处理为氧化处理，通过液态金属与氧气反应在液态金属表面形成氧化物半导体薄膜，所述氧化物半导体薄膜的厚度为0.7～5nm，优选为1～3nm；和/或，所述预处理为氮化处理，通过高压激发产生的氮等离子体与液态金属反应在液态金属表面生长氮化物半导体薄膜，所述氮化物半导体薄膜的厚度为0.8～5nm，优选为3～5nm；和/或，所述预处理为硫化处理，通过H2S与液态金属反应在液态金属表面形成硫化物半导体薄膜，所述硫化物半导体薄膜的厚度为0.7～3nm，优选为1～2nm；和/或，所述预处理为磷化处理，通过PH3与液态金属反应在液态金属表面形成磷化物半导体薄膜，所述磷化物半导体薄膜的厚度为1～5nm，优选为2～3nm。6.根据权利要求1
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5任一项所述的半导体纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜邦登，李倩，刘静，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：