一种光谱吸收能力强、载流子迁移率高的四苯基卟啉锌纳米材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种光谱吸收能力强、载流子迀移 率高的四苯基卟啉锌纳米材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 在分子电子学领域中，小尺度的有机分子材料与分子器件的结合、构筑，带来了越 来越多的机遇与挑战。尤其在有机发光二极管（0LED)、气体传感器、有机薄膜晶体管 (0TFT)、有机太阳能电池(0SC)等方面。其中，低维有机半导体纳米材料由于其优异的光学 性质和稳定的化学性质也越来越受到人们的重视。
[0003] 由于不同的制备方法，四苯基卟啉锌可以实现结构形貌的可调控，对于其独特的 结构体系和物理性质在纳米科学和生物科学领域中有突出的作用。扑啉纳米材料的物理化 学性质与其形貌结构特征有很大的相关性，目前，已经有混合溶剂法、表面活性剂辅助自组 装(SAS)、离子自组装、蒸发扩散法等用于制备合成卟啉纳米材料，同时表现出多种形貌结 构，如:菱形、矩形、螺旋状和雪花状等。
[0004] 对于形貌特殊且制备方法简单的小尺寸纳米材料的制备与组装，调控其生长过 程，是近年来研究纳米材料的热点与难点。而归根到底最重要的仍是纳米材料在制备过程 中的可控生长和组装，实现纳米材料的结构可控，从而实现将低维纳米材料运用到器件层 面上的终极目标。
[0005] 本发明选择四苯基卟啉锌这种性能优异的有机半导体材料作为分析对象，对其物 理、化学性能进行研究，采用有机气相沉积设备通过调控沉积参数，以期简单大量的获得小 尺寸四苯基卟啉锌纳米材料，简化四苯基卟啉锌纳米材料的制备过程，降低其生产成本，这 对于未来纳米电子元器件、化学传感器及人工光合作用体系的开发应用无疑将起到重要的 促进作用。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种光谱吸收能力强、载流子迀移率高的四苯基卟啉锌纳 米材料的制备方法。
[0007] 本发明的目的是这样实现的：所述光谱吸收能力强、载流子迀移率高的四苯基卟 啉锌纳米材料的制备方法，包括预处理、备料、加热及生长工序，具体包括： A、 预处理:清洁和干燥反应平台，去除杂质和水分； B、 备料:将四苯基卟啉锌源材料5~30mg置于管式炉中位于加热区域的封闭管中； C、 加热：引入四苯基卟啉锌源材料后，对封闭管墙体抽真空，除去杂质和水分;然后按 300~50〇SCCm的流量通入载气，在载气环境中按照1~10°C/min的升温速度，加热四苯基卟啉 锌源材料至320~420°C，达到目标温度后保温190~300min，使四苯基卟啉锌源材料升华为气 体； D、生长:利用通入的载气引导升华的四苯基卟啉锌气体从加热区域至生长区域，保温 结束后，在生长区域中收集四苯基卟啉锌纳米材料。
[0008]本发明所述纳米材料的制备方法与现有技术相比具有下列优点和效果： (1)所述制备方法以化学性质稳定、结构对称的平面共辄大环的四苯基卟啉锌作为源 材料，采用有机气相沉积技术来制备四苯基卟啉锌纳米材料，通过调控沉积参数，例如:源 温度、气体流量、温度梯度、衬底材料等，可大量的获得小尺寸四苯基卟啉锌纳米材料。 [000 9] ( 2)所述制备方法能得到均勾、大量、特定形貌结构的四苯基卟啉锌纳米材料，直 径平均在80nm以下，其紫外一可见吸收光谱发生了裂变、红移的现象，提高和改善了该纳米 材料的光谱吸收能力和载流子迀移率，能运用到纳米电子元器件、化学传感器、人工光合作 用领域中。
[0010] (3)采用本发明所述方法制备的四苯基卟啉锌纳米材料物理、化学性质稳定。所制 备的纳米材料在常温下保存3~5个月的时间后，重新测试的SEM图谱几乎没有变化，且样品 不溶于水，不吸湿。
[0011] (4)所述纳米材料的制备过程不需要在真空氛围下，也不需要加压，操作简单、快 捷、效率高、成本低、设备通用性好，便于推广应用。
【附图说明】
[0012]图1为采用本发明所述方法制备的四苯基卟啉锌纳米材料的SEM图谱； 图2为采用本发明所述方法制备的四苯基卟啉锌纳米材料的FTIR图谱； 图3为采用本发明所述方法制备的四苯基卟啉锌纳米材料的XRD图谱； 图4为采用本发明法术方法制备的四苯基卟啉锌纳米材料的UV-vis图谱。
【具体实施方式】
[0013] 下面对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明 教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
[0014] 本发明所述光谱吸收能力强、载流子迀移率高的四苯基卟啉锌纳米材料的制备方 法，包括预处理、备料、加热及生长工序，具体包括： 所述预处理工序是指:清洁和干燥反应平台，去除杂质和水分； 所述备料工序是指:将四苯基卟啉锌源材料5~30mg置于管式炉中位于加热区域的封闭 管中； 所述加热工序是指：引入四苯基卟啉锌源材料后，对封闭管墙体抽真空，除去杂质和水 分;然后按300~50〇SCCm的流量通入载气，在载气环境中按照1~10°C/min的升温速度，加热 四苯基卟啉锌源材料至320~420°C，达到目标温度后保温190~300min，使四苯基卟啉锌源材 料升华为气体； 所述生长工序是指:利用通入的载气引导升华的四苯基卟啉锌气体从加热区域至生长 区域，保温结束后，在生长区域中收集四苯基卟啉锌纳米材料。
[0015] 所述四苯基卟啉锌分子结构如下所示：
预处理工序所述管式炉可以是水平或者是竖直放置，所述水平或竖直管式炉可以为单 温段管式炉或多温段管式炉中的任一种，所述管式炉的炉腔外包裹有隔热材料层。
[0016] 预处理工序所述封闭管可以为石英管、不锈钢管、玻璃管或硅管中的任一种;优选 石英管。所述四苯基卟啉锌纳米材料的制备源材料平铺于所述石英管位于加热区域的内壁 上，在该区域范围内放置石英凹槽，所述石英凹槽除两地面封闭外四周开设一个或多个小 孔。
[0017] 加热工序所述对封闭管墙体中抽真空是在加热前对封闭管墙体抽真空，使真空度 抽至小于9Pa。
[0018] 抽真空的作用是在试验加热前对墙体内的杂质和水分进行一个消除的作用，是在 试验加热前进行。
[0019] 加热工序所述载气可以为N2SAr中的任一种。
[0020] 加热工序所述加热是指将四苯基卟啉锌源材料升温至目标温度的过程中设有温 度中间段，分别为310 °C、330 °C、350 °C、355 °C，每个中间段各保温20min。
[0021] 加热工序所述加热是指将四苯基卟啉锌源材料升温至目标温度的过程中设有温 度中间段，分别为 330°(：、350°(：、355°(：、357°(：、359°(：，每个中间段依次保温201^11、201^11、 10min、5min、2min〇
[0022] 加热工序所述加热是指将四苯基卟啉锌源材料升温至目标温度的过程中设有温 度中间段，温度为340 °C，保温190min。
[0023] 生长工序所述加热区域和生长区域可直接衔接，或嵌入一个或多个过渡区域进行 衔接。
[0024] 生长工序所述过渡区域填充有硅酸盐隔热保温材料，所述硅酸盐隔热保温材料可 以为硅酸钙或硅酸铝中的任一种。
[0025] 加热工序及生长工序所述通入载气包括:在加热前通入载气，并在加热前保持通 气30min;在保温结束后继续保持通气30min，再收集四苯基卟啉锌纳米材料。
[0026] 实施例1 首先，清洁和干燥反应平台即实验平台和水平管式炉中的石英管，去除杂质和水分，采 用PU1065软管为气路管道，连接安装好反应设备后，将四苯基卟啉锌源材料15mg置于可编 程控温的多温段开合式水平管式炉中位于加热区域的石英管中。引入四苯基卟啉锌源材料 后，对石英管墙体抽真空，直至真空度抽至小于9Pa，进一步除去杂质和水分。然后按 500sCCm的流量通入犯作为载气，在启动加热前保持通气30min，再在N2气环境中按照1~10 °C/min的升温速度，加热四苯基卟啉锌源材料至350°C，达到目标温度后保温190min，使四 苯基卟啉锌源材料升华为气体，在制备过程中石英管腔体需保持常压。利用通入的载气引 导升华的四苯基卟啉锌气体从加热区域至生长区域，保温结束后即停止加热，继续保持通 气30min，在生长区域中收集四苯基卟啉锌纳米材料即可。
[0027] 实施例2 首先，清洁和干燥反应平台即实验平台和水平管式炉中的石英管，去除杂质和水分，采 用PU1065软管为气路管道，连接安装好反应设备后，将四苯基卟啉锌源材料20mg置于可编 程控温的多温段开合式水平管式炉中位于加热区域的石英管中。引入四苯基卟啉锌源材料 后，对石英管墙体抽真空，直至真空度抽至小于9Pa，进一步除去杂质和水分。然后按 50〇 SCCm的流量通入他作为载气，在启动加热前保持通气30min，再在N2气环境中按照2~6°C/ min的升温速度，加热四苯基卟啉锌源材料