了復(fù)合固溶半導(dǎo)體耦合納米顆粒的寬波段紅外光強(qiáng)吸收性能與具有亞微米微納結(jié)構(gòu)的黑 色蝶翅對(duì)可見光的高吸收性能的優(yōu)勢(shì)，并具有減反射微觀結(jié)構(gòu)。該復(fù)合固溶半導(dǎo)體耦合的 碳基納米顆粒薄膜具有寬波段紅外光高效吸收以及優(yōu)異的紅外光熱、光電轉(zhuǎn)換性能，此外 其熱輔助光電效應(yīng)顯著，從而使本發(fā)明制備的具有減反射微納結(jié)構(gòu)的復(fù)合固溶半導(dǎo)體耦合 的碳基納米顆粒薄膜作為紅外探測(cè)薄膜具有優(yōu)異的紅外光探測(cè)性能。
[0038] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法制備的具有減反射微納結(jié)構(gòu)的復(fù)合固溶半導(dǎo)體耦合 的碳基納米顆粒薄膜作為紅外探測(cè)薄膜有益效果如下：
[0039] 第一，本發(fā)明制備的具有減反射微納結(jié)構(gòu)的復(fù)合固溶半導(dǎo)體耦合的碳基納米顆粒 薄膜實(shí)現(xiàn)了宏觀大尺度化，且具有蝶翅（蝴蝶翅膀）的減反射微觀結(jié)構(gòu)，該薄膜在寬波段紅 外區(qū)域具有高吸收減反射性能，特別在紅顏色光波段、近紅外及中紅外波段具有更強(qiáng)的吸 收和減反射性能，并且還具有優(yōu)異的光熱、光電轉(zhuǎn)換性能；
[0040] 第二，由于本發(fā)明的具有減反射微納結(jié)構(gòu)的復(fù)合固溶半導(dǎo)體耦合的碳基納米顆粒 薄膜優(yōu)異的寬波段紅外光吸收及高效的光熱轉(zhuǎn)換性能，由其制備的紅外探測(cè)薄膜具有良好 的紅外光熱、光電效應(yīng)，其光熱輔助光電效應(yīng)展示了優(yōu)異的熱輔助紅外光探測(cè)性能；
[0041] 第三，利用本發(fā)明的具有減反射微納結(jié)構(gòu)的復(fù)合固溶半導(dǎo)體耦合的碳基納米顆粒 薄膜的良好的紅外光吸收性能可以制備高性能的紅外光應(yīng)用材料；利用其良好的光吸收及 光熱、光電轉(zhuǎn)換性能可以制備高性能的紅外光探測(cè)材料。
【附圖說明】
[0042] 圖I (a)是裳鳳蝶前翅的光學(xué)圖；圖I (b)是裳鳳蝶前翅的SEM圖；圖I (c)是本發(fā) 明實(shí)施例1所得產(chǎn)物Cui^S-Cu2SOdFW的SEM圖；
[0043] 圖2 (a) - (c)分別為本發(fā)明實(shí)施例1所得如下產(chǎn)物和對(duì)比例Cu^S/Ci^SOC^I^FW、 CuliigS-Cu2SOCJ^FW 和 Cul96SOCJ^FW 的 XRD 數(shù)據(jù)分析圖；
[0044] 圖3 (a)、（b)、⑷為本發(fā)明實(shí)施例1所得產(chǎn)物的TEM圖像，⑷的插圖為本發(fā)明實(shí) 施例1所得產(chǎn)物的衍射環(huán)照片；（c)為本發(fā)明實(shí)施例1所得產(chǎn)物的高分辨圖像；
[0045] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1所得產(chǎn)物及對(duì)比樣品的光吸收?qǐng)D；
[0046] 圖5 (a)是不同光功率的980nm紅外光照射下本發(fā)明實(shí)施例1所得產(chǎn)物紅外傳感 薄膜的光電流隨時(shí)間變化曲線圖，在測(cè)試過程中設(shè)定5V偏壓，圖5(b)是在光功率分別為0 和0. 166mW/mm2的980nm的紅外光照射下本發(fā)明實(shí)施例1所得產(chǎn)物紅外傳感薄膜的光電流 隨時(shí)間變化曲線圖，在測(cè)試過程中設(shè)定5V偏壓；
[0047] 圖6是在光功率分別為0和12. lmW/mm2的980nm的紅外光照射下本發(fā)明實(shí)施例1 所得產(chǎn)物紅外傳感薄膜的I-V曲線；
[0048] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例1所得產(chǎn)物的紅外傳感薄膜的光電流vs. 980nm紅外入射光 功率的數(shù)據(jù)分析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)該理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā) 明，而不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的指導(dǎo)下，能夠根據(jù)本領(lǐng)域 常識(shí)將其應(yīng)用到制備其它的金屬/半導(dǎo)體、復(fù)合固溶半導(dǎo)體耦合的碳基納米顆粒薄膜，因 此下述實(shí)施例不能限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0050] 實(shí)施例1
[0051] 本實(shí)施例的復(fù)合固溶半導(dǎo)體親合的碳基納米顆粒薄膜（標(biāo)記為CuhS-CujjSOC^I^ FW)的制備方法，包括以下步驟：
[0052] (1)選擇裳鳳蝶的前翅作為具有減反射微觀結(jié)構(gòu)的黑色吸光蝶翅；
[0053] (2)對(duì)選定的裳鳳蝶的前翅進(jìn)行如下的前處理及活化處理：首先將蝶翅置于無水 乙醇中浸泡30min，去離子水清洗；然后將蝶翅浸漬在體積分?jǐn)?shù)為15vol %的HNO3溶液中 2h，取出洗凈；再將蝶翅放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的乙二胺無水乙醇溶液中浸泡6h，之后取出， 使用去離子水清洗數(shù)次；上述步驟用以去除色素和雜質(zhì)，并改善其表面吸附性能；
[0054] (3)沉積Au納米顆粒：將活化處理后的上述蝶翅于30°C恒溫下浸入氯金酸前驅(qū)體 溶液中4h，之后取出用去離子水清洗數(shù)遍；然后將蝶翅在0.1 M濃度的NaBH4溶液在30°C下 還原30min，之后再用去離子水清洗數(shù)遍，得到沉積有Au納米顆粒的蝶翅；
[0055] ⑷沉積CuS納米顆粒：將步驟3)所得Au蝶翅浸漬于含有Cu2+和S2溶液的80°C 高壓釜中，保溫2h，之后室溫冷卻至室溫，取出后，去離子水清洗數(shù)遍，得到沉積有Au-CuS 納米顆粒的蝶翅Au-CuS_T_FW ;
[0056] (5)將以上所制備的沉積有Au-CuS納米顆粒的蝶翅Au-CuS_T_FW置于真空管式爐 中，通過抽真空，使?fàn)t腔保持真空環(huán)境。采用3°C /min的升溫速度，從室溫加熱至450°C，并 在450°C的溫度下保溫Ih進(jìn)行碳化處理。然后自然冷卻至室溫。獲得最終的復(fù)合固溶半導(dǎo) 體耦合的碳基納米顆粒薄膜CUl.96S-Cu2S@C_T_FW。
[0057] 本實(shí)施例的對(duì)比例樣品制備方法如下：
[0058] (a)對(duì)比例1 :使用與上述步驟（5)相同的碳化過程，對(duì)T_FW進(jìn)行處理，制備得到 碳化的T_FW ;
[0059] (b)對(duì)比例2 :去除上述步驟⑶Au納米材料沉積過程，采用步驟（1)、（2)、⑷制 備得到CuS_T_FW，并采用與上述步驟（5)相同的碳化工藝進(jìn)行碳化，得到碳基復(fù)合半導(dǎo)體 "蝶翅"功能材料Cu^S/Ci^SOdFW。
[0060] (c)對(duì)比例3 :增加金納米材料的含量，通過步驟⑶Au納米材料沉積過程之后，使 用去離子水清洗，在30°C的溫度下繼續(xù)在化學(xué)鍍Au納米溶液（化學(xué)鍍Au納米溶液成分含 量為：氯金酸（Ig)，氯化鈉（〇. 6g)，酒石酸（0. 4g)，氫氧化鈉（5. 14g)，無水乙醇（7ml)，去 離子水（100mL))中，化學(xué)沉積12min。去離子水清洗。再置于步驟（4)中沉積CuS納米顆 粒，制備Au (12min) -CuS_T_FW。并采用相同的碳化工藝進(jìn)行碳化，對(duì)Au (12min) -CuS_T_FW 進(jìn)行碳化，獲得碳基固溶半導(dǎo)體"蝶翅"功能材料CUl.96S@C_T_FW。
[0061] 通過本實(shí)施例的上述方法制備所得的具有減反射微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)合固溶半導(dǎo)體耦 合的碳基納米顆粒薄膜CUl.96S-Cu2S@C_T_FW的形貌如圖1(c)所示，從圖1中與蝶翅結(jié)構(gòu)的 對(duì)比可見，該復(fù)合固溶半導(dǎo)體耦合的納米顆粒薄膜完美的復(fù)制了裳鳳蝶前翅的減反射微觀 結(jié)構(gòu)；
[0062] 圖2為本實(shí)施例制備的下列產(chǎn)物和對(duì)比例：對(duì)比例碳基復(fù)合半導(dǎo)體"蝶 翅"（CUl.96S/Cu2S@C_T_FW)、產(chǎn)物碳基復(fù)合固溶半導(dǎo)體"蝶翅"（Cuu 6S-Cu2SOdFW)和對(duì)比 例碳基固溶半導(dǎo)體"蝶翅"（CUl.96S@C_T_FW)的XRD數(shù)據(jù)分析圖。
[0063] 通過對(duì)XRD數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)CuS_T_FW經(jīng)過450°C的真空燒結(jié)碳化處理后的蝶翅 表面成分物相變化進(jìn)行了研究（圖2 (a))。由圖2 (a)所示，CuS_T_FW進(jìn)過450°C的真空燒 結(jié)后，其所獲得的產(chǎn)物的XRD圖像表現(xiàn)為正方相Cuh96S (JCPDS card no. 29-0578)和六方相 Cu2S(JCPDS card no. 26-1116)。因?yàn)?，AQPS 表面沉積 CuS 為六方相納米顆粒（JCPDS card no. 06-0464)。當(dāng)對(duì)CuS進(jìn)行加熱至220°C時(shí)分解為Cu2S和單質(zhì)硫，如以下反應(yīng)式所示：
[0064] 2CuS 獄 > Cu2S+ S ( I ：)
[0065] 此外，硫的沸點(diǎn)為444. 6°C。當(dāng)燒結(jié)溫度高至450°C時(shí)，熱分解形成的硫隨著抽真 空過程揮發(fā)。從而使六方相CuS納米材料轉(zhuǎn)換為六方相Cu2Sm米材料。又由于Cu2S在空 氣環(huán)境下熱力學(xué)不穩(wěn)定，在空氣下發(fā)生氧化形成CUl.96S。并且與Cu2S相比，在空氣環(huán)境下 CUl.96S的熱力學(xué)穩(wěn)定性更好。因此，CuS_T_FW經(jīng)過碳化后，由于空氣環(huán)境下氧化，或在碳 化過程中由于真空度的限制少許氧氣滲入發(fā)生演化，形成碳基復(fù)合半導(dǎo)體"蝶翅"（CUl.96S/ Cu2SiC_T_Fff)ο
[0066] 然而，由圖2 (b)所示，Au_CuS_T_FW經(jīng)過450°C的真空燒結(jié)后，其所獲得的產(chǎn)物 的 XRD 圖像也表現(xiàn)為正方相 Cuh96SCJCPDS card no. 29-0578)和六方相 Cu2S(JCPDS card no. 26-1116)。此外，與Cuh96Sztu2SOCJ^FW的XRD衍射峰相比，Cu 1.96S的衍射峰更強(qiáng)，且多 出了 CUl.96S的（215)和（109)晶面衍射峰。并且CUl. 96S的（104)和（200)晶面衍射峰明 顯的向右偏移，如圖2虛線所示。這是因?yàn)?，立方相Au納米顆粒在高溫?zé)Y(jié)過程中，固溶 進(jìn)正方相CUu6S納米顆粒