[发明专利]选择性吸收日盲区紫外光的Mn掺杂ZnS超细纳米线及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及纳米材料领域，具体涉及选择性吸收日盲区紫外光的Mn掺杂ZnS超细纳米线及其制备方法和应用。本发明利用低温原位组装生长与可控掺杂的新方法制备了Mn掺杂ZnS超细纳米线，其线径为0.8nm,带隙为4.44eV，能高选择性吸收日盲区(即UVC波段)紫外光；另外该纳米线通过Mn离子掺杂还可发射具有较高量子产率的红橙色荧光。将上述Mn掺杂ZnS超细纳米线与ZnSe以及ZnTe超细纳米线结合所构造的光致变色卡，可实现对UVC、UVB和UVA波段紫外光的可视化检测，并且具备低成本、可视化、便携化、检测快速等特点。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，具体涉及选择性吸收日盲区紫外光的Mn掺杂ZnS超细纳米线及其制备方法和应用。

背景技术

紫外线包括三个辐射波段，分别为短波紫外线，即UVC 220-290nm；中波紫外线，即UVB，290-320nm；和长波紫外线，即UVA，320-400nm。太阳紫外辐射在通过大气层时，大气层中的臭氧层对200～290nm紫外辐射具有强烈的吸收作用，这一波段紫外辐射在近地大气中几乎不存在，由于该波段区的太阳辐射在大气层中，尤其在海平面附近大气层中基本为零，所以，该波段不受太阳辐射影响，形成所谓的日盲区。

相比于UVB和UVA，UVC对人体的伤害最大，不同波段的紫外光在日常的生产和生活中普遍存在，因此，对不同波段紫外光(尤其是UVC波段)的检测有利于预防紫外线对皮肤的损伤。另外，UVC波段紫外光由于可以不受太阳背景辐射的影响，使其检测具有更高的灵敏度和信噪比。因此在导弹预警和跟踪、高压电弧光放电监测、火焰传感、以及食品与医疗行业的消毒监测等领域都有重要的应用价值。因而，开发一种能够检测不同波段紫外光(尤其是UVC波段)的器件是极为必要的。

目前检查不同波段紫外线的常用装置包括UV探测器和光致变色卡。现有UV探测器虽然可以分别实现对不同波段紫外光的检测。但是,这些器件不仅需要复杂且昂贵的滤波系统，而且还需要高的工作电压和功耗且不便于携带，从而在实际应用中受限。因此，开发一种低成本、可视化、灵敏快速的、便携的光致变色卡被看作是一种检测不同波段紫外线的理想候选者。

制备能高选择性吸收UVC波段紫外光的材料是构建光致变色卡的关键所在。有机染料或宽带隙的半导体材料被看作是一种制备UVC光致变色卡的候选材料。遗憾的是由于难以制备出选择性吸收日盲区紫外光的有机染料，因此必须通过增加滤过系统才能实现高选择性的日盲区吸收。宽带隙半导体材料，例如AlGaN、Ga₂O₃、MgZnO、MgS、ZnMgS等，通常需要利用分子束外延法或气相沉积法来制备，不仅制备工艺复杂、成本高昂，而且材料很难从衬底上剥离，从而限制了更广泛的应用。相较而言，若能把湿化学法制备的常规宽带隙半导体纳米线线径显著降低，而使其带隙拓宽至4.28eV以上，则有可能制备出对UVC波段有高选择性吸收的廉价新材料。遗憾的是到目前为止，尚没有能选择性吸收日盲区紫外光的超细ZnS纳米线的报道，特别是兼有明亮荧光发射的超细ZnS纳米线以及能检测不同波段紫外光的纳米线基光致变色卡的报道。造成上述现象的原因在于将常规超细纳米线的带隙拓宽至4.28eV以上是极为困难的，这需要将其线径严格控制在2.0nm甚至是1.0nm以内、且需保证尺度的高度单分散性。此外，通常超细纳米线由于存在较多的表面缺陷，而很难拥有良好的荧光发射性能。正是由于超细纳米线在超细线径控制方面的难度以及其结构上的脆弱性，需要综合考虑多种反应工艺参数对产物纳米线质量、结构稳定性以及光学性质的影响，因此其合成及光学性质的调控存在极大的挑战性。

发明内容

为了解决上述问题，提出并完成了本发明。

本发明的目的是提供一种选择性吸收日盲区(UVC波段)紫外光的Mn掺杂ZnS超细纳米线。

本发明的再一目的是提供制备上述选择性吸收日盲区(UVC波段)紫外光的Mn掺杂ZnS超细纳米线的方法。本发明的再一目的是提供能检测不同波段紫外光的纳米线基光致变色卡。