专利名称：纳米硫化铅的电子束辐照合成方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米硫化铅的电子束辐照合成方法，属纳米无机化合物半导体材料制造工艺技术领域。
背景技术：
硫化铅是一种重要的半导体材料，其体材料的激子玻尔半径为18nm，是一个直接跃迁的窄带半导体，禁带宽度为0.41eV。将硫化铅制备成为尺寸在几十纳米以下时，由于其尺寸小，比表面积大，产生量子效应，纳米尺度的硫化铅能带从近红外蓝移到可见光区域，经检测具有紫外吸收和荧光发射等光学性质。这些特性其在非线性光学装置、IR探测器和显示装置，Pb2+离子选择性传感器，生物荧光探针和发光二极管等方面得到广泛应用。例如利用硫化铅纳米晶制备的红外探测器是一种在近红外区灵敏度高，只需半导体制冷器制冷就可在常温进行工作的红外探测器，目前已经应用于航空和航天的侦察监视、预警、跟踪以及武器制导等各个领域；纳米硫化铅在光的照射下导电能力会增加，利用这种性质可制造出硫化铅光电传感器，经过电脑把信号转换后就可以作为机器人的电子眼；2003年“非典”期间，硫化铅非接触式红外体温探测器在防止疫病流行，维护人类生命健康上起到了非常重要的作用。
目前已有多种制备硫化铅的方法，包括双相水热界面反应，聚合物辅助方法，特定溶液的超声辐照，微波辐照，反胶束微乳法等。但有工艺复杂，制备时间长，成本较高等缺点。用γ射线辐射法辐照技术制备纳米材料是一种新颖的方法，但也会产生放射性废物，工艺流程为间歇式，不能连续生产等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米硫化铅半导体材料的电子束辐照合成方法。
本发明一种纳米硫化铅的电子束辐照合成方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤a.首先，用电子天平称取一定量的六水合醋酸铅和硫代乙酰胺，分别将其溶于蒸馏水中，使其中铅离子浓度与硫原子浓度比为1∶1～1∶4；在硫代乙酰胺溶液中加入适量醋酸，将溶液PH值调至2～4；然后在醋酸铅水溶液中加入10～30ml/100ml表面活性剂聚乙烯醇，并置于超声振荡器中振荡5～10分钟，使溶液混合均匀，制成无色透明的溶胶，然后再加入异丙醇作为氧化性自由基OH·清除剂，其加入量为10～30ml/100ml；随后将溶胶与上述的硫代乙酰胺溶液混合均匀b.将上述盛有配制好的混合溶液的密封容器放置于2.5MeV、40mA的电子加速器产生的电子束辐照下进行辐照处理，其辐照剂量为25～40Mrad；c.然后用乙醇洗涤上述经辐照的反应生成物，再用蒸馏水清洗，并用高速离心机离心分离，反复多次，以去除其中未反应的离子以及亲水表面活性剂聚乙烯醇；d.将反应生成物放在烘箱中干燥，温度为60～80℃，烘干时间为7～16小时，最终得到黑色的纳米硫化铅颗粒。
本发明通过使用电子加速器产生的电子束作为辐射源来制备纳米硫化铅，在辐射合成过程中无污染，且能快速制备出纳米尺度均匀的硫化铅颗粒。本发明方法工艺简单，无任何中间产物，操作方便，可以实现工业化生产。利用本发明方法制备出的纳米硫化铅晶体颗粒适用于所有以硫化铅为材料的红外光电器件。
本发明的制备过程中，表面活性剂聚乙烯醇加入，可以对粒子进行表面改性，在粒子表面覆盖一层聚合物，这样不但可以控制粒子成核的生长，而且可以防止溶液挥发时由于金属原子颗粒的高表面性、高化学能而发生的粒子团聚现象。在硫代乙酰胺溶液中加入醋酸的目的是调节PH值，使得硫代乙酰胺中的硫不会在辐照前水解出硫离子，从而避免与醋酸铅溶液混合时立即产生硫化铅黑色粒子。加入异丙醇的作用是清除OH·氧化性自由基。
本发明方法的优点是可以在常温常式下不使用任何催化剂就能进行制造；另外，由于电子束由电子加速器产生、电子加速器关闭、电子束立即消失，故安全性好，无污染，有利于环保。
本发明方法采用的电子加速器，其加速电子的能量为0.1至5MeV，电子束流强度为0.1至100mA可调。
具体实施例方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1本实施例的具体制备步骤如下(1)首先，用电子天平称取一定量的六水合醋酸铅和硫代乙酰胺，分别将其溶于蒸馏水中，使其中铅离子浓度与硫原子浓度比为1∶1；硫代乙酰胺溶液中加入适量醋酸，将溶液PH值调至3；然后在醋酸铅水溶液中加入10ml/100ml表面活性剂聚乙烯醇，并置于超声振荡器中振荡5分钟，使溶液混合均匀，制成无色透明的溶胶，然后再加入作为氧化性自由基OH·清除剂的异丙醇，其加入量为10ml/100ml；随后将溶液与上述的硫代乙酰胺溶液混合均匀；(2)将上述配制好的混合溶液放置于硫化铅反应器中进行辐照处理；电子加速器加速电子的能量为2.5MeV，电子束流强度为40mA，其辐照剂量为25Mrad；(3)然后用乙醇洗涤上述经辐照的反应生成物，再用蒸馏水清洗，并用高速离心机离心分离，反复多次，以去除其中未反应的离子以及亲水表面活性剂聚乙烯醇；(4)将反应生成物放在烘箱中干燥，温度为60℃，烘干时间为8小时，最终得到黑色的纳米硫化铅粉末。
实施例2本实施例的具体制备步骤如下(1)首先，用电子天平称取一定量的六水合醋酸铅和硫代乙酰胺，分别将其溶于蒸馏水中，使其中铅离子浓度与硫原子浓度比为1∶3；硫代乙酰胺溶液中加入适量醋酸，将溶液PH值调至4；然后在醋酸铅水溶液中加入20ml/100ml表面活性剂聚乙烯醇，并置于超声振荡器中振荡10分钟，使溶液混合均匀，制成无色透明的溶胶，然后再加入作为氧化性自由基OH·清除剂的异丙醇，其加入量为20ml/100ml；随后将溶胶与上述的硫代乙酰胺溶液混合均匀；(2)将上述配制好的混合溶液放置于硫化铅反应器中进行辐照处理；电子加速器加速电子的能量为2.5MeV，电子束流强度为40mA，其辐照剂量为35Mrad；(3)然后用乙醇洗涤上述经辐照的反应生成物，再用蒸馏水清洗，并用高速离心机离心分离，反复3次，以去除其中未反应的离子以及亲水表面活性剂聚乙烯醇；(4)将反应生成物放在烘箱中干燥，温度为70℃，烘干时间为12小时，最终得到黑色的纳米硫化铅粉末。
上述实施例中所制得的样品，用仪器进行各项特性测试，其测试情况及其结果如下1、用X射线衍射分析(XRD)，从衍射峰值可以确定所制备的黑色粉末为纳米硫化铅。
2、利用原子力显微镜(AFM)进行观察，可见到所制备的纳米硫化铅为颗粒状，其平均粒度为8.5nm。
3、通过双光束紫外可见分光光度计测试材料的光学性能，所制备的纳米硫化铅的吸收波长在205～207nm处，相对于硫化铅团块晶体的吸收波长在3200nm处而言，发生了明显蓝移；利用该光学特性，可将纳米硫化铅用于制造红外探测器、红外光光敏电阻器和光电传感器等。
4、通过荧光分光光度计分析仪测试样品的光学性能，所制备的纳米硫化铅的发射峰所在的波长在452nm；禁带宽度为2.76eV，相对于硫化铅团块晶体的0.41eV禁带宽度而言，纳米硫化铅的纳米尺寸导致了明显的蓝移；利用这种荧光特性可以用于制造生物荧光探针和感光材料中的增感剂。
权利要求
1.一种纳米硫化铅的电子束辐照合成方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤a.首先，用电子天平称取一定量的六水合醋酸铅和硫代乙酰胺，分别将其溶于蒸馏水中，使其中铅离子浓度与硫原子浓度比为1∶1～1∶4；在硫代乙酰胺溶液中加入适量醋酸，将溶液PH值调至2～4；然后在醋酸铅水溶液中加入10～30ml/100ml表面活性剂聚乙烯醇，并置于超声振荡器中振荡5～10分钟，使溶液混合均匀，制成无色透明的溶胶，然后再加入异丙醇作为氧化性自由基OH·清除剂，其加入量为10～30ml/100ml；随后将溶胶与上述的硫代乙酰胺溶液混合均匀b.将上述盛有配制好的混合溶液的密封容器放置于2.5MeV、40mA的电子加速器产生的电子束辐照下进行辐照处理，其辐照剂量为25～40Mrad；c.然后用乙醇洗涤上述经辐照的反应生成物，再用蒸馏水清洗，并用高速离心机离心分离，反复多次，以去除其中未反应的离子以及亲水表面活性剂聚乙烯醇；d.将反应生成物放在烘箱中干燥，温度为60～80℃，烘干时间为7～16小时，最终得到黑色的纳米硫化铅颗粒。
全文摘要
本发明涉及一种纳米硫化铅的电子束辐照合成方法，属纳米无机化合物半导体材料制造工艺技术领域。本发明方法的工艺过程如下首先称取一定量的六水合醋酸铅和硫代乙酰胺，各自配制成水溶液，其浓度比为使其中的铅离子浓度与硫原子浓度的比例为1∶1～1∶4；在硫代乙酰胺溶液中加入适量醋酸调节其pH值至2～4；醋酸铅溶液中加入少量表面活性剂聚乙烯醇，然后超声振荡，混合均匀，制成无色透明溶胶；随后将溶胶与上述的硫代乙酰胺溶液混合；将该混合液置于密闭容器中，并将其放置于2.5MeV、40mA的电子加速器产生的电子束辐照下进行辐照处理，其辐照剂量为25～40Mrad；然后将反应生成物清洗，并用高速离心机离心分离，然后干燥，最终得到黑色纳米硫化铅颗粒。
文档编号B82B3/00GK101049959SQ20071003879
公开日2007年10月10日 申请日期2007年3月29日 优先权日2007年3月29日
发明者赵兵, 吴明红, 张海娇, 施文彦, 王昊博, 焦正 申请人:上海大学