CN113549453A - 一种具有高光电性能的CuO基复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高光电性能的CuO基复合材料，所述复合材料是将CuO粉末与MoS2粉末按照摩尔比4:1～20:1充分混合后压片，然后在700～850℃下退火5～10min获得。本发明通过对CuO进行MoS2掺杂改性，所得复合材料的光致发光强度最高可达到纯CuO材料光电性能的108倍左右。此复合材料有望成为光电性能材料领域的新型材料。

Description

一种具有高光电性能的CuO基复合材料
技术领域
本发明属于半导体光电材料技术领域，具体涉及一种具有高光电性能的CuO基复合材料。
背景技术
半导体材料在光电子领域发挥着越来越重要的作用。然而，高性能单晶半导体材料制作成本高，限制了其大范围应用。非晶纳晶材料生产成本低，适合大规模应用。
氧化铜(CuO)是p型半导体材料，黑色，属于单斜晶系，是一种典型的过渡金属氧化物，地球资源丰富，毒性小。CuO具有最理想的带隙(1.4eV)，非常高的光吸收系数。但是，CuO具有较高的熔点(1446℃)，且在熔点附近会分解。CuO半导体材料制备方式有磁控溅射法、凝胶法和水热法等。用这些方法制作的CuO多为非晶和纳晶结构，缺陷多，载流子复合严重，严重限制了其光电应用。为此，亟需开发一种CuO即使在非晶和纳晶状态下仍具有良好的光电性能的掺杂方法。
发明内容
本发明的目的是克服CuO半导体材料存在的问题，提供一种具有高光电性能的CuO基复合材料。
针对上述目的，本发明采用的CuO基复合材料是将CuO粉末与MoS2粉末按照摩尔比4:1～20:1充分混合后压片，然后在700～850℃下退火5～10min获得。
上述CuO/MoS2复合材料中，优选CuO粉末与MoS2粉末的摩尔比为8:1～15:1。
上述CuO/MoS2复合材料中，进一步优选CuO粉末与MoS2粉末的摩尔比为8:1。
上述的压片是在12～15MPa的压力下保持8～10s，形成厚度为0.8～1.2mm的圆片。
上述CuO/MoS2复合材料，优选在800℃下退火5～10min。
本发明的有益效果如下：
1、本发明将不同摩尔比的CuO与MoS2通过简单机械混合压片、退火炉退火方法形成一种新的半导体复合材料。所得复合材料的光致发光强度最高可达到纯CuO材料的108倍左右。说明对CuO进行掺杂改性，可有效提高CuO光电性能。此复合材料有望成为光电性能材料领域的新型材料。
2、本发明采用的CuO半导体材料具有：光吸收系数高、化学性质稳定、地球储量丰富、制作成本低、合成条件不苛刻和温度窗口宽等优点，很适合大规模应用。
附图说明
图1是实施例1制备的CuO基复合材料的PL图谱。
图2是实施例1制备的CuO基复合材料的XRD图谱。
图3是实施例2制备的CuO基复合材料的PL图谱。
图4是实施例2制备的CuO基复合材料的XRD图谱。
图5是实施例3制备的CuO基复合材料的PL图谱。
图6是实施例3制备的CuO基复合材料的XRD图谱。
图7是实施例4制备的CuO基复合材料的PL图谱。
图8是实施例4制备的CuO基复合材料的XRD图谱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
将CuO粉末与MoS2粉末按摩尔比为10:1进行充分研磨混合，然后使用压片机在15MPa压力保持8～10s进行压片，形成厚度为0.8～1.2mm的圆片。所得圆片置于石英玻璃上在退火炉退火，退火温度为700℃，退火时间为5min，获得CuO/MoS2复合材料。
对该材料进行光致发光(PL)和X射线衍射(XRD)表征，结果见图1和图2。图1的PL测试结果显示，所得复合材料的PL峰强是相同退火温度和时间下得到的CuO材料的4.85倍(峰值由原来的200提高到970)。图2的XRD测试表明，所得复合材料中存在大量的CuO及新形成的CuMo2S3。
实施例2
将CuO粉末与MoS2粉末按摩尔比为8:1进行充分研磨混合，然后使用压片机在15MPa压力保持8～10s进行压片，形成厚度为0.8～1.2mm的圆片。所得圆片置于石英玻璃上在退火炉退火，退火温度为800℃，退火时间为5min，获得CuO/MoS2复合材料。
对该材料进行光致发光(PL)和X射线衍射(XRD)表征，结果见图3和图4。图3的PL测试结果显示，所得复合材料的PL峰强是相同退火温度和时间下得到的CuO材料的108.71倍(峰值由原来的200提高到21741)。图4的XRD测试表明，所得复合材料中存在大量的CuO及新形成的CuMoO4。
实施例3
将CuO粉末与MoS2粉末按摩尔比为10:1进行充分研磨混合，然后使用压片机在15MPa压力保持8～10s进行压片，形成厚度为0.8～1.2mm的圆片。所得圆片置于石英玻璃上在退火炉退火，退火温度为800℃，退火时间为5min，获得CuO/MoS2复合材料。
对该材料进行光致发光(PL)和X射线衍射(XRD)表征，结果见图5和图6。图5的PL测试结果显示，所得复合材料的PL峰强是相同退火温度和时间下得到的CuO材料的15.6倍(峰值由原来的200提高到3120)。图6的XRD测试表明，所得复合材料中存在大量的CuO及新形成的CuMoO4和Cu6Mo5O18。
实施例4
将CuO粉末与MoS2粉末按摩尔比为15:1进行充分研磨混合，然后使用压片机在15MPa压力保持8～10s进行压片，形成厚度为1mm的圆片。所得圆片置于石英玻璃上在退火炉退火，退火温度为800℃，退火时间为5min，获得CuO/MoS2复合材料。
对该材料进行光致发光(PL)和X射线衍射(XRD)表征，结果见图7和图8。图7的PL测试结果显示，所得复合材料的PL峰强是相同退火温度和时间下得到的CuO材料的47.91倍(峰值由原来的200提高到9581)。图8的XRD测试表明，所得复合材料中存在大量的CuO及新形成的CuMoO混合相。
实施例5
将CuO粉末与MoS2粉末按摩尔比为4:1进行充分研磨混合，然后使用压片机在15MPa压力保持8～10s进行压片，形成厚度为1mm的圆片。所得圆片置于石英玻璃上在退火炉退火，退火温度为800℃，退火时间为10min，获得CuO/MoS2复合材料。
实施例6
将CuO粉末与MoS2粉末按摩尔比为20:1进行充分研磨混合，然后使用压片机在15MPa压力保持8～10s进行压片，形成厚度为1mm的圆片。所得圆片置于石英玻璃上在退火炉退火，退火温度为800℃，退火时间为5min，获得CuO/MoS2复合材料。
实施例7
将CuO粉末与MoS2粉末按摩尔比为10:1进行充分研磨混合，然后使用压片机在15MPa压力保持8～10s进行压片，形成厚度为1mm的圆片。所得圆片置于石英玻璃上在退火炉退火，退火温度为850℃，退火时间为5min，获得CuO/MoS2复合材料。

Claims (5)

1.一种具有高光电性能的CuO基复合材料，其特征在于：所述复合材料是将CuO粉末与MoS2粉末按照摩尔比4:1～20:1充分混合后压片，然后在700～850℃下退火5～10min获得。
2.根据权利要求1所述的具有高光电性能的CuO基复合材料，其特征在于：将CuO粉末与MoS2粉末按照摩尔比8:1～15:1充分混合。
3.根据权利要求1所述的具有高光电性能的CuO基复合材料，其特征在于：将CuO粉末与MoS2粉末按照摩尔比8:1充分混合。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的具有高光电性能的CuO基复合材料，其特征在于：所述压片是在12～15MPa的压力下保持8～10s，形成厚度为0.8～1.2mm的圆片。
5.根据权利要求2或3所述的具有高光电性能的CuO/MoS2复合材料，其特征在于：在800℃下退火5～10min。
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