Способ получения наночастиц теллурида кадмия со структурой сфалерита

Изобретение относится к технологии получения наноматериалов, в частности наночастиц теллурида кадмия, и может быть использовано для создания оптических приборов, детекторов ионизирующих излучений, катализаторов. Исходные монокристаллы теллурида кадмия разлагают в расплаве щелочей: гидроокиси натрия или калия, в атмосфере азота до гомогенизации расплава, который затем охлаждают до 0°С, обрабатывая водой с постепенным добавлением соляной кислоты до получения значения рН конечного раствора, равного 2-3, при температуре не выше 1-5°С и осадка теллурида кадмия с размером наночастиц около 2 нм со структурой сфалерита, который затем отфильтровывают. Технический результат состоит в упрощении технологии, уменьшении размеров получаемых наночастиц до 2 нм и получении их в стабильной кубической фазе (сфалерита).

 

Изобретение относится к способам получения наночастиц веществ с заданными свойствами, в частности к получению полупроводниковых наночастиц теллурида кадмия стабильной кубической фазы (сфалерита).

На современном этапе развития науки и техники возник интерес к материалам в виде наночастиц. При размере частиц 10 нм на поверхность приходится до 50% материала, и нанокристаллические материалы обладают особыми физико-химическими свойствами.

Монокристаллы теллурида кадмия интересны для фотоэлектрического преобразования солнечной энергии и применений в оптике. У нанокристаллов теллурида кадмия (CdTe) размером около 10 нм отмечены существенные изменения ряда свойств, что делает их перспективными для создания оптических приборов (приемников, люминофоров, призм, линз, окон, лазеров), детекторов ионизирующих лучей, катализаторов, открывая пути не только для микроминиатюризации, но и для расширения областей применения. Полупроводниковые материалы, в том числе А²В⁶, получали высокотемпературной и сложной технологией.

Известен способ и состав шихты для получения тонких пленок в виде вафель монокристаллов Hg_1-x Cd_x Те с заданными свойствами нагревом в двухзонной печи при заданных высоких температурах с заданной ограниченной скоростью движения потока совместно с селеном и цинком и последующими обработками вафель для получения фоточувствительных приемников [Патент GB 2308356].

Однако получить материал в виде наночастиц таким способом невозможно.

Известен метод получения из газовой фазы наночастиц CdTe размером менее 100 нм с заданными свойствами нагревом в двухзонной печи. При температуре испарения 750°С частицы имеют размер 10 нм, при 990°С - 100 нм (N.N. Kolesnikov, V.V.Kveder, R.B.James, D.N.Borisenko, M.P.Kufakov. Growth of CdTe Nanocrystals by vapor deposition method. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. 2004, A 527, p.73-75).

Однако метод трудоемок, высокие температуры увеличивают степень загрязнения продукта, получить частицы размером менее 10 нм невозможно.

Известен принятый за прототип низкотемпературный метод получения наночастиц при химическом осаждении в автоклаве из неводных растворов при 180°С. Получаются нанокристаллы CdSe и CdTe сфалеритной фазы разных размеров частиц и их формы, но не менее 10 нм (Wang Q., Pan D., Jiang S., Ji X., An L., Jiang B. A solvotermal route to size- and shape-controlled CdSe and CdTe nanocrystals J. Cryst. Growth, 2006, v.286, p.83-90).

Однако процесс, хотя и более низкотемпературный, трудоемок и не дает наночастиц менее 10 нм.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в упрощении технологии, уменьшении размеров получаемых наночастиц до 2 нм и получении их в стабильной кубической фазе (сфалерита).

Для достижения данного технического результата в предлагаемом способе, включающем осаждение теллурида кадмия, теллурид кадмия предварительно разлагают в расплаве щелочей (гидроокиси натрия или калия) в атмосфере азота до гомогенизации расплава, затем расплав охлаждают до 0°С и постепенно добавляют при постоянном помешивании соляную кислоту (НCl) с температурой 0°С до получения рН конечного раствора, равного 2-3, при температуре не выше +1-+5°С, полного осаждения теллурида кадмия с размером наночастиц около 2 нм, структурой сфалерита и выпавший осадок отфильтровывают.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются разложение исходного теллурида кадмия в расплаве щелочи в атмосфере азота и обратное выделение теллурида кадмия добавлением охлажденным до 0°С воды при постоянном перемешивании с постепенным добавлением соляной кислоты (НCl) для получения рН конечного раствора равным 2-3 при температуре не выше +1-+5°С.

Пример 1

Исходные монокристаллы теллурида кадмия CdTe высокой чистоты с гидроокисью калия (КОН хч) плавят в стеклоуглеродном тигле в атмосфере азота до полной гомогенизации окрашенного продукта. Расплав охлаждают до 0°С и постепенно при охлаждении добавляют при постоянном перемешивании охлажденный до 0°С раствор соляной кислоты для получения рН конечного раствора равным 3 при температуре не выше +1°С. На нанофильтре собирают осадок теллурида кадмия для последующих операций. Химический состав отвечает формуле CdTe. Спектры флюоресценции дают сдвиг до голубой части спектра, как и ожидается для частиц размером около 2 нм.

Пример 2

Исходные монокристаллы теллурида кадмия CdTe высокой чистоты с гидроокисью натрия (NaOH хч) плавят в стеклоуглеродном тигле в атмосфере азота до полной гомогенизации окрашенного продукта. Расплав охлаждают до 0°С и постепенно при охлаждении добавляют при постоянном перемешивании охлажденный до 0°С раствор соляной кислоты для получения рН конечного раствора равным 2 при температуре не выше +5°С. На нанофильтре собирают осадок теллурида кадмия для последующих операций. Химический состав отвечает формуле CdTe. Спектры флюоресценции дают сдвиг до голубой части спектра, как и ожидается для частиц размером около 2 нм.

Но ввиду размытости линий при частицах около 2 нм частицы катализируют быстрое превращение β-Sn в α-Sn, подтверждая структуру сфалерита наночастиц CdTe. [Механизмы аллотропного превращения олова. "Неорганические материалы". 2003 г., т.39, N8, с.944-948].

Способ получения наночастиц теллурида кадмия со структурой сфалерита, включающий осаждение теллурида кадмия, отличающийся тем, что теллурид кадмия разлагают в расплаве щелочей: гидроокиси натрия или калия в атмосфере азота до гомогенизации расплава, который затем охлаждают, обрабатывают водой при температуре около 0°C с постепенным добавлением соляной кислоты до получения рН конечного раствора 2-3 и осадка теллурида кадмия с размером наночастиц около 2 нм, структурой сфалерита, который затем отфильтровывают.