專利名稱：一種超聲化學法制備硫化鈷納米薄膜的方法
技術領域：
本發明屬于硫化物納米材料技術領域，具體涉及一種超聲化學法制備硫化鈷納米薄膜的方法。
背景技術：
作為一種無毒、環保的過渡金屬硫化物材料，CoS具有特殊的3d價電子殼層結構，其禁帶寬度大約為 3.91eV[S.P.Tandon，J. P. Gupta. Measurement of Forbidden Energy Gap of Semiconductors byDiffuse Reflectance Technique. Physica Status Solidi (b)，1970，381 (1) :363-367]，這使得其具有更加良好的光學性能、電學性能、磁學性能、催化性能和潤滑性能等。有文獻報道可以通過控制工藝參數得到禁帶寬度約為1. IeV 白勺 CoS 薄月莫[Zhenrui Yu,Jinhui Du,ShuhuaGuo,Jiayou Zhang,Yasuhiro Matsumoto. CoS thin films prepared withmodified chemical bath deposition[J]. Thin Solid Films, 2002,415(1-2) : 173-176]，且禁帶寬度還會隨著工藝參數的變化而變化，良好的光敏感性， 使其在太陽能電池方面的應用表現出很優越的應用前景。目前國內外有關硫化鈷薄膜的制備方法主要有化學沉積、離子濺射、真空鍍膜、電沉積以及高溫熱噴涂等。這些方法研究的比較成熟，但是對設備要求比較高，工藝復雜，成本比較高。超聲化學法是利用聲空化能加速或控制化學反應，提高反應產率和引發新的化學反應，是近年來出現的一種制備薄膜的新方法。利用超聲化學法制備硫化鈷薄膜，主要由于超聲波的空化作用，將在尺度約為微米級的區域產生瞬間的高溫和高壓[M. Behboudnia, M. H. Majlesara, B.Khanbabaee. Preparation of ZnS nanorods by ultrasonicwaves[J]. Materials Science and Engineering B, 2005,122(2) : 160-163]，化學反應將被局限在這樣無數的小區域內。
發明內容
本發明的目的是提供一種超聲化學法制備硫化鈷納米薄膜的方法。此方法操作簡單，無需保護氣氛，反應條件溫和溫度低，能耗小，所得的硫化鈷薄膜結晶均勻完整，可重復性好，無需后期處理，具有很好的應用價值。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是1)取Si基板并用去離子水和乙醇清洗干凈后放入30%的H2A中進行活化處理；2)取0. 5mmol-2. 5mmol的分析純四水合乙酸鈷(Co (CH3COO)2 · 4H20)置于錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成20-50mL的紅色透明溶液A ；3)取0. 5mmol-2. 5mmol的分析純硫化銨((NH4)2S)置于燒杯中，向燒杯中加入去離子水，攪拌，配置成20-50mL的溶液B ；4)將活化處理后的Si基板垂直放入盛有溶液A的錐形瓶中，再將錐形瓶放入超聲波清洗器中進行震蕩，然后將溶液B逐滴加入溶液A中讓其反應；反應溫度控制在 20-80°C，反應時間控制在10-60min，超聲功率控制在500-1000W ；
5)反應結束后，將錐形瓶取出冷卻至室溫；6)將基板從錐形瓶中取出，分別用去離子水、乙醇洗劑后放入50°C的烘箱中進行干燥，得到表面含有一層硫化鈷納米薄膜的基板。由于超聲波的空化作用在各界面處最強，而使基片表面反應比溶液中進行得更快、更完全，有利于基片表面CoS薄膜的生成。另外，超聲波作用于溶液時，力學效應可通過攪拌作用，促進離子間相互作用，從而促進化學反應充分進行；聲空化作用產生的強烈的沖擊波可以破壞晶體支狀結構，從而抑制了大膠團的形成；熱學效應可促進CoS凝聚；化學效應可促進氧化還原反應，從而對CoS薄膜的質量有很好的促進作用。本發明采用超聲化學法制備的硫化鈷薄膜結晶完整，薄膜質量好，且制備工藝簡單，操作方便，反應條件溫和，周期短，能耗小，制備成本較低。
圖1是本發明實施例1制備的硫化鈷納米薄膜的X-射線衍射(XRD)圖譜。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例1 1)取Si基板并用去離子水和乙醇清洗干凈后放入30%的H2A中進行活化處理；2)取1. Ommol的分析純四水合乙酸鈷(Co(CH3COO)2 ·4Η20)置于錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成40mL的紅色透明溶液A ；3)取1. Ommol的分析純硫化銨((NH4)2S)置于燒杯中，向燒杯中加入去離子水，攪拌，配置成20mL的溶液B;4)將活化處理后的Si基板垂直放入盛有溶液A的錐形瓶中，再將錐形瓶放入超聲波清洗器中進行震蕩，然后將溶液B逐滴加入溶液A中讓其反應；反應溫度控制在50°C，反應時間控制在30min，超聲功率控制在600W ；5)反應結束后，將錐形瓶取出冷卻至室溫；6)將基板從錐形瓶中取出，分別用去離子水、乙醇洗劑后放入50°C的烘箱中進行干燥，得到表面含有一層硫化鈷納米薄膜的基板。將所得的硫化鈷納米薄膜用X-射線衍射儀進行分析，發現產物沿著(10 晶面進行取向生長(圖1)。實施例2 1)取Si基板并用去離子水和乙醇清洗干凈后放入30%的H2A中進行活化處理；2)取0. 5mmol的分析純四水合乙酸鈷(Co (CH3COO)2 ·4Η20)置于錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成20mL的紅色透明溶液A ；3)取0. 5mmol的分析純硫化銨((NH4)2S)置于燒杯中，向燒杯中加入去離子水，攪拌，配置成20mL的溶液B;4)將活化處理后的Si基板垂直放入盛有溶液A的錐形瓶中，再將錐形瓶放入超聲波清洗器中進行震蕩，然后將溶液B逐滴加入溶液A中讓其反應；反應溫度控制在80°C，反應時間控制在lOmin，超聲功率控制在IOOOW ；
5)反應結束后，將錐形瓶取出冷卻至室溫；6)將基板從錐形瓶中取出，分別用去離子水、乙醇洗劑后放入50°C的烘箱中進行干燥，得到表面含有一層硫化鈷納米薄膜的基板。實施例3 1)取Si基板并用去離子水和乙醇清洗干凈后放入30%的H2A中進行活化處理；2)取1. 5mmol的分析純四水合乙酸鈷(Co (CH3COO)2 ·4Η20)置于錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成30mL的紅色透明溶液A ；3)取2. 5mmol的分析純硫化銨((NH4)2S)置于燒杯中，向燒杯中加入去離子水，攪拌，配置成50mL的溶液B;4)將活化處理后的Si基板垂直放入盛有溶液A的錐形瓶中，再將錐形瓶放入超聲波清洗器中進行震蕩，然后將溶液B逐滴加入溶液A中讓其反應；反應溫度控制在20°C，反應時間控制在60min，超聲功率控制在500W ；5)反應結束后，將錐形瓶取出冷卻至室溫；6)將基板從錐形瓶中取出，分別用去離子水、乙醇洗劑后放入50°C的烘箱中進行干燥，得到表面含有一層硫化鈷納米薄膜的基板。實施例4 1)取Si基板并用去離子水和乙醇清洗干凈后放入30%的H2A中進行活化處理；2)取2. 5mmol的分析純四水合乙酸鈷(Co (CH3COO)2 ·4Η20)置于錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成25mL的紅色透明溶液A ；3)取1. 5mmol的分析純硫化銨((NH4)2S)置于燒杯中，向燒杯中加入去離子水，攪拌，配置成30mL的溶液B;4)將活化處理后的Si基板垂直放入盛有溶液A的錐形瓶中，再將錐形瓶放入超聲波清洗器中進行震蕩，然后將溶液B逐滴加入溶液A中讓其反應；反應溫度控制在60°C，反應時間控制在40min，超聲功率控制在800W ；5)反應結束后，將錐形瓶取出冷卻至室溫；6)將基板從錐形瓶中取出，分別用去離子水、乙醇洗劑后放入50°C的烘箱中進行干燥，得到表面含有一層硫化鈷納米薄膜的基板。實施例5 1)取Si基板并用去離子水和乙醇清洗干凈后放入30%的H2A中進行活化處理；2)取2. Ommol的分析純四水合乙酸鈷(Co (CH3COO)2 ·4Η20)置于錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成35mL的紅色透明溶液A ；3)取2. Ommol的分析純硫化銨((NH4)2S)置于燒杯中，向燒杯中加入去離子水，攪拌，配置成25mL的溶液B;4)將活化處理后的Si基板垂直放入盛有溶液A的錐形瓶中，再將錐形瓶放入超聲波清洗器中進行震蕩，然后將溶液B逐滴加入溶液A中讓其反應；反應溫度控制在40°C，反應時間控制在50min，超聲功率控制在700W ；5)反應結束后，將錐形瓶取出冷卻至室溫；6)將基板從錐形瓶中取出，分別用去離子水、乙醇洗劑后放入50°C的烘箱中進行干燥，得到表面含有一層硫化鈷納米薄膜的基板。
權利要求
1. 一種超聲化學法制備硫化鈷納米薄膜的方法，其特征在于1)取Si基板并用去離子水和乙醇清洗干凈后放入30%的H2A中進行活化處理；2)取0.5mmol-2. 5mmol的分析純四水合乙酸鈷(Co(CH3COO)2 ·4Η20)置于錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成20-50mL的紅色透明溶液A ；3)取0.5mmol-2. 5mmol的分析純硫化銨((NH4)2S)置于燒杯中，向燒杯中加入去離子水，攪拌，配置成20-50mL的溶液B ；4)將活化處理后的Si基板垂直放入盛有溶液A的錐形瓶中，再將錐形瓶放入超聲波清洗器中進行震蕩，然后將溶液B逐滴加入溶液A中讓其反應；反應溫度控制在20-80°C，反應時間控制在10-60min，超聲功率控制在500-1000W ；5)反應結束后，將錐形瓶取出冷卻至室溫；6)將基板從錐形瓶中取出，分別用去離子水、乙醇洗劑后放入50°C的烘箱中進行干燥，得到表面含有一層硫化鈷納米薄膜的基板。
全文摘要
一種超聲化學法制備硫化鈷納米薄膜的方法，將四水合乙酸鈷加入去離子水中得溶液A；將硫化銨加入去離子水中得溶液B；將活化處理后的Si基板垂直溶液A中在超聲波清洗器中進行震蕩，然后將溶液B逐滴加入溶液A中進行超聲反應，反應結束冷卻至室溫；分別用去離子水、乙醇洗劑后干燥，得到表面含有一層硫化鈷納米薄膜的基板。本發明采用超聲化學法制備的硫化鈷薄膜結晶完整，薄膜質量好，且制備工藝簡單，操作方便，反應條件溫和，周期短，能耗小，制備成本較低。
文檔編號C04B41/50GK102515842SQ201110375378
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月23日 優先權日2011年11月23日
發明者吳建鵬, 張燁, 曹麗云, 李碧, 黃劍鋒 申請人:陜西科技大學