一种无铅宽带隙Cs-Ag-Cl双金属卤化物及其制备方法和应用与流程

一种无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于光电材料制备领域，具体涉及一种无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物及其制备方法和应用。

背景技术：

2.近年来，宽带隙半导体由于其具有较高的辐射强度、固有的日盲吸收特性、耐高温以及激子结合能较大等优异性能，受到了各界研究学者的广泛关注。经过文献调研，目前研究较多的宽带隙半导体材料比如iv族碳、v族氮化物和磷化物、vi族氧化物、vii族cu基等。这些宽带隙半导体合成工艺比较精密，比如通过化学气相沉积法(cvd)在金刚石衬底上制备sic、等离子体辅助分子束外延生长(mbe)和自组装生长模式在不同的衬底上生长gan、等离子体增强化学气相沉积法(pecvd)在c面蓝宝石衬底上生长ga2o3以及通过溅射生长cui薄膜等，生长周期长、需要高真空环境，生长条件比较严格。
3.可采用简单的球磨法制备的宽带隙半导体材料cs-ag-cl体系已映入人们的眼帘。cs-ag-cl体系具有无毒、固有日盲吸收特性，关于cs-ag-cl的不足之处是尚未出现通过一种简单的方式来可控生长单晶csagcl2片和cs2agcl3线的方法。

技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是，填补可控合成高纯相、高结晶质量cs-ag-cl单晶以及此体系在日盲紫外光电探测领域的空白。基于此，提出一种无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物及其制备方法和应用，从而为制备高性能无铅宽带隙光电探测器打下了夯实的材料基础，也为日盲紫外光探测材料领域增添了新成员。
5.本发明的技术方案通过以下技术方案解决：
6.一种无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物的制备方法，包括以下步骤：
7.(1)对衬底进行清洗以及亲水处理；
8.(2)将cscl和agcl溶于有机溶剂二甲基亚砜中，得到混合溶液；
9.(3)将混合溶液在室温下充分搅拌，得到前驱体溶液；
10.(4)将前驱体溶液滴加在步骤(1)处理好的衬底上；
11.(5)在20-80℃下，使衬底上的有机溶剂进行蒸发，生长cs-ag-cl材料，最后对cs-ag-cl材料干燥，得到无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物。
12.进一步地，步骤(5)中，室温下，使衬底上的有机溶剂进行蒸发，得到纯相csagcl2片；
13.进一步地，步骤(5)中，50-80℃下，使衬底上的有机溶剂进行蒸发，得到纯相cs2agcl3线。
14.进一步地，对纯相csagcl2片的干燥采用高纯氮气迅速吹干。
15.进一步地，生长csagcl2片时，在光学显微镜下使用滤纸沿着衬底的边缘吸取多余的溶剂。
16.进一步地，步骤(2)中，cscl和agcl粉末的摩尔比为2:1；混合溶液中，cscl的浓度为0.1-0.4mmol/ml，agcl的浓度为0.05-0.2mmol/ml。
17.进一步地，步骤(1)中，衬底为si衬底、二氧化硅衬底或普通玻璃衬底；清洗后的衬底使用等离子体处理机处理，使衬底具有亲水性。
18.进一步地，步骤(3)中，搅拌速度为5000-7000转每分钟，搅拌时间为3-5小时。
19.一种无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物，采用所述的制备方法制备。
20.一种无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物在日盲紫外光探测器中的应用。
21.本发明的有益效果：
22.本发明首次采用简单的一步低温液相合成技术，具有合成工艺简单、能耗小的特点，实现了一种无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物制备，为cs-ag-cl双金属卤化物材料在日盲紫外光电方面的应用提供了良好的材料基础。
23.本发明基于cs-ag-cl微米级材料制备的金属-半导体-金属器件对日盲紫外光敏感，在日盲紫外光电探测领域具有良好的应用前景。
附图说明
24.图1为实施例1中在玻璃衬底上生长的csagcl2微米盘的扫描电子显微镜图
25.图2为实施例1中在玻璃衬底上生长的csagcl2微米盘的x射线衍射图
26.图3为实施例1中所制备的csagcl2微米盘光电探测器在5v，265纳米的固定光照强度(3.4毫瓦每平方米)下电流随时间的变化曲线
27.图4为实施例2中cs2agcl3微米线的扫描电子显微镜图
28.图5为实施例2制备的cs2agcl3微米线的x射线衍射图谱
29.图6为实施例2中所制备的cs2agcl3微米线光电探测器在5v，265纳米的固定光照强度(3.4毫瓦每平方米)下电流随时间的变化曲线
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.一种无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物的制备方法，包括以下步骤：
32.(1)对目标衬底进行清洗以及亲水处理；
33.所述目标衬底为si衬底、300nm厚二氧化硅衬底以及普通玻璃衬底。将衬底分别置于丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗15分钟，从而实现衬底的清洗处理。然后使用等离子体处理机处理10分钟，使衬底具有亲水性。
34.(2)按照比例配制cscl、agcl的混合粉末，将称量好的cscl和agcl溶于有机溶剂二甲基亚砜中，得到混合溶液；
35.cscl和agcl的粉末摩尔比为2:1；混合溶液中，cscl的浓度为0.1-0.4mmol/ml，agcl的浓度为0.05-0.2mmol/ml。
36.以cscl的浓度为0.2mmol/ml，agcl的浓度为0.1mmol/ml为例，混合溶液的配置方
法如下：
37.将0.4毫摩尔的cscl和0.2毫摩尔的agcl的粉末充分混合均匀并放在用来搅拌的小瓶内。整个测量过程需要放在黑暗的环境中进行，防止agcl由于不稳定，变黑而分解，随即应立刻进行下一步操作。
38.往配制好的混合粉末中一次性滴加2毫升的二甲基亚砜溶液。这里选择二甲基亚砜是由于其溶解度大，能更好地使cscl和agcl充分反应。之后用锡纸包住小瓶，防止原料在后期搅拌的过程中见光分解。
39.(3)在室温下，将混合溶液放在磁力搅拌器上以一定的转速搅拌，直至没有原料固体颗粒存留在瓶底，得到前驱体溶液；
40.将磁力搅拌器的转速设置为5000-7000转每分钟，室温持续搅拌3-5小时后即可取下，停止搅拌。设置高转速的目的是使原料充分反应。
41.(4)用移液取适量的室温搅拌的前驱体溶液，滴加到处理好的衬底上，根据衬底的大小取合适的溶液体积到所选衬底上；
42.(5)在20-80℃下，使衬底上的有机溶剂进行蒸发，生长cs-ag-cl材料，随着dmso的不断蒸发伴随着一些溶液通过毛细管吸收来加速cs-ag-cl材料的形成；根据合成材料的需求，对衬底进行合适的加热处理，从而得到纯相csagcl2片(室温，25℃)和cs2agcl3线(50℃-80℃)；
43.生长csagcl2片时，在光学显微镜下使用滤纸沿着衬底的边缘吸取多余的溶剂。生长cs2agcl3线时，不需要此操作。
44.最后对cs-ag-cl材料干燥，得到无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物；对于csagcl2片的干燥处理是借助高纯氮气迅速吹干的。目的是防止竞争相(cs2agcl3)的生成；对于cs2agcl3线的干燥处理是直接在加热台上干燥的，温度区间为50℃-80℃。
45.采用采用干法转移制备日盲紫外光探测器，具体为：用固化的pdms将csagcl2片和cs2agcl3线直接转移到叉指电极上(叉指宽度：5微米；沟道间距8微米；电极：金、厚度为50～100纳米)。
46.具体实施例如下：
47.实施例1：
48.一种无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物的制备方法，包括以下步骤：
49.(1)处理衬底，所采用的衬底为普通玻璃衬底
50.采用普通玻璃衬底、二氧化硅衬底、纯硅衬底，将其进行超声清洗处理，清洗步骤为：将衬底放于丙酮、无水乙醇和去离子水中各超声清洗15分钟；之后吹干后备用。
51.(2)配制cscl、agcl的混合粉末，往配制好的混合粉末中滴加有机溶剂二甲基亚砜
52.首先，用高精度电子天平分别称量cscl粉末0.0673克，agcl粉末0.0287克，然后将两种粉末放进用来搅拌的小瓶内。
53.用移液精确称量2毫升二甲基亚砜有机溶剂，竖直滴加到用来搅拌的小瓶内，得到混合溶液。
54.(3)搅拌混合溶液，得到前驱体溶液
55.将磁力搅拌器的转速设置为6000转每分钟，直至瓶底无原料颗粒状存在即可取下，停止搅拌。
56.(4)取适量前驱体到处理好的衬底上，在室温下使衬底上的有机溶剂进行蒸发，生长csagcl2单晶。
57.根据衬底的大小取合适的溶液体积到所选衬底上，根据合成材料的需求，对衬底进行不进行加热处理，从而得到纯相csagcl2片。
58.图1为实施例1中在玻璃衬底上生长的csagcl2微米盘的扫描电子显微镜图，显示出表面光滑无晶界出现，说明结晶性高。图2为实施例1中在玻璃衬底上生长的csagcl2微米盘的x射线衍射图，样品的衍射峰是与标准卡片是相一致的，衍射峰很尖锐，说明结晶性好。通过sem和xrd证明获得的是csagcl2高纯度、高结晶性的单晶。需特别说明的是，该实验通过改变生长衬底的种类，对光学性质几乎无影响，说明该材料对任意衬底生长的无选择性。
59.通过干法转移制备au/csagcl2/au器件。图3为实施例1中的所制备的csagcl2微米盘光电探测器在5伏，265纳米的固定光照强度(3.4毫瓦每平方米)下电流随时间的变化曲线。在连续4个周期的光响应循环测试中，具有良好的重复性，体现出良好的工作稳定性。对265纳米日盲紫外光源具有较高的敏感性，表明日盲紫外光探测器的成功制备。
60.实施例2：
61.本实例与实施例1所不同的是，当实验条件设置为衬底的温度设置为60℃。就能得到结晶性高、纯相的cs2agcl3微米线。
62.图4为实施例2中cs2agcl3微米线的扫描电子显微镜图(sem)，微米线的横向尺寸大约为2微米，长度为亚毫米级。图5为实施例2制备的cs2agcl3微米线的x射线衍射图谱(xrd)。
63.需特别说明的是，该实验通过改变前驱体的浓度，可以获得长度不同的cs2agcl3微米线。
64.通过干法转移制备au/cs2agcl3/au器件。图6为实施例2中的所制备的cs2agcl3微米线光电探测器在5伏、265纳米的固定光照强度(3.4毫瓦每平方米)下电流随时间的变化曲线。在连续4个周期的光响应循环测试中，具有良好的重复性，体现出良好的工作稳定性。同时，表明日盲紫外光探测器的成功制备。
65.以上所述仅为本发明的典型实施案例而已，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对衬底进行清洗以及亲水处理；(2)将cscl和agcl溶于有机溶剂二甲基亚砜中，得到混合溶液；(3)将混合溶液在室温下充分搅拌，得到前驱体溶液；(4)将前驱体溶液滴加在步骤(1)处理好的衬底上；(5)在20-80℃下，使衬底上的有机溶剂进行蒸发，生长cs-ag-cl材料，最后对cs-ag-cl材料干燥，得到无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物。2.根据权利要求1所述的一种无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，室温下，使衬底上的有机溶剂进行蒸发，得到纯相csagcl2片。3.根据权利要求1所述的一种无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，50-80℃下，使衬底上的有机溶剂进行蒸发，得到纯相cs2agcl3线。4.根据权利要求2所述的一种无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物的制备方法，其特征在于，对纯相csagcl2片的干燥采用高纯氮气迅速吹干。5.根据权利要求2所述的一种无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物的制备方法，其特征在于，生长csagcl2片时，在光学显微镜下沿着衬底的边缘吸取多余的溶剂。6.根据权利要求1所述的一种无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，cscl和agcl粉末的摩尔比为2:1；混合溶液中，cscl的浓度为0.1-0.4mmol/ml，agcl的浓度为0.05-0.2mmol/ml。7.根据权利要求1所述的一种无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，衬底为si衬底、二氧化硅衬底或普通玻璃衬底；清洗后的衬底使用等离子体处理机处理，使衬底具有亲水性。8.根据权利要求1所述的一种无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，搅拌速度为5000-7000转每分钟，搅拌时间为3-5小时。9.一种无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物，采用权利要求1-8之一所述的制备方法制备。10.一种权利要求9所述的无铅宽带隙cs-ag-cl双金属卤化物在日盲紫外光探测器中的应用。

技术总结

本发明提供了一种无铅宽带隙Cs-Ag-Cl双金属卤化物及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：对衬底进行清洗以及亲水处理；将CsCl和AgCl溶于有机溶剂二甲基亚砜中，得到混合溶液；将混合溶液在室温下充分搅拌，得到前驱体溶液；将前驱体溶液滴加在处理好的衬底上；在20-80℃下，使衬底上的有机溶剂进行蒸发，生长Cs-Ag-Cl材料，最后对Cs-Ag-Cl材料干燥，得到无铅宽带隙Cs-Ag-Cl双金属卤化物。本发明具有合成工艺简单、能耗小的特点，基于Cs-Ag-Cl微米级材料制备的金属-半导体-金属器件对日盲紫外光敏感，在日盲紫外光电探测领域具有良好的应用前景。有良好的应用前景。有良好的应用前景。