PbS及其復合納米纖維的電紡制備與光電性能研究.pdf

1、硫化鉛是由Ⅳ-Ⅵ族元素組成的典型窄禁帶半導體化合物,在室溫時,其能帶間隙約為0.41eV,在紅外光學及電子器件領域有重要應用。以往對硫化鉛的研究主要是硫化鉛納米粒子、硫化鉛薄膜以及PbS/有機物復合材料的制備與光電性能研究,而關于PbS納米纖維的制備與性能研究尚沒有報道。本論文面向紅外納米器件的應用利用靜電紡絲方法制備了含有PbS顆粒的有機復合纖維,以電紡纖維為前驅體結合熱處理及化學反應工藝制備了PbS納米纖維,使用SEM、XRD等表征

2、手段對樣品的微觀形貌、結構、成分以及結晶性等進行了表征;使用半導體參數測試儀對PbS纖維光電器件的光電性能進行了測試分析。主要研究內容包括：
　?、臥bS復合納米纖維的制備以聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或其混合物為有機基體,以二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑,以Pb(NO3)2或Pb(CH3COO)2為鉛源,通過靜電紡絲制備了含Pb2+的聚合物纖維,研究了溶液濃度、鉛鹽的濃度以及PVP的添加對纖維結構的影響。將此復合纖

3、維在H2S氣氛中進行硫化得到了含PbS顆粒的聚合物纖維。SEM圖像顯示硫化前后纖維形貌沒有明顯變化,纖維的直徑隨著溶液濃度的增加而增大,隨Pb(NO3)2濃度的增加而增大,當PAN溶液的濃度為8％時,加入與PAN質量比為150%的Pb(NO3)2仍可得到形貌良好的纖維。Pb(NO3)2在PAN/DMF溶液中的溶解度比Pb(CH3COO)2大,且紡絲后得到的纖維表面較光滑,纖維直徑較細且均勻;當在紡絲溶液中加入PVP后,隨PVP濃度的增加

4、纖維表面顆粒增多,直徑減小。
　?、圃赑bS有機復合纖維制備的基礎上,通過對其進行預氧化及高溫熱處理制備了PbO無機纖維,將PbO無機纖維在H2S氣氛中硫化生成了PbS納米纖維。研究發(fā)現,當PAN與PVP質量相等時,得到的PbO纖維形貌最好;隨Pb(NO3)2濃度的增加PbO纖維的致密程度增加,纖維連續(xù)性增強;不同的加熱方式對纖維形貌有影響,快速加熱法得到的纖維直徑均勻,無纖維粘結現象。室溫下將PbO無機纖維在H2S氣氛硫化后,S

5、EM測試表明顯示纖維形貌保持不變。
　?、菍bS及含PbS顆粒的復合纖維的光電性能進行了測試分析。對于制備的所有纖維都觀察到明顯的光暗電流,PbS/PAN復合纖維光暗電流比約為2.3,PbS/PVP復合纖維的光暗電流比約為7.0。與復合纖維相比PbS纖維的光暗電流值均增大了兩個數量級,當電壓為5V時光暗電流比約為15.5,無光條件下電阻約為5×105Ω,光照下電阻減小到3×104Ω左右。通過研究獲得了PbS及其復合纖維,建立了其