[發明專利]一種含有表面等離子體熒光增強的納米復合結構的薄膜及其制備方法

無效

• 申請號: 201010252896.4
• 申請日: 2010-08-13
• 公開（公告）號: CN101906298A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 楊萍;張愛玉;曹永強
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C09K11/02
• 分類號: C09K11/02;C09K11/88;C09K11/70;B82B3/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

技術領域

本發明涉及一種含有表面等離子體熒光增強的金屬納米粒子/SiO₂/量子點納米復合結構的薄膜及其制備方法。

背景技術

關于表面等離子體熒光增強效應的研究是最近十年興起的新的研究領域，當電磁波在金屬和電介質介面上沿一個方向平行地傳播時，金屬表面的自由電子在一定頻率的外界電磁場作用下規則運動而產生表面等離子體共振，這種共振可極大地增強金屬粒子周圍的電磁場，這種表面局域電磁場的增強使靠近金屬表面的量子點的激發效率提高，導致熒光增強效應的產生。該效應的產生強烈依賴于量子點和金屬表面之間的距離，如果發光量子點與產生等離子體的金屬表面直接接觸，則會導致量子點熒光猝滅；如果兩者之間的距離太大，則不顯示任何相互作用，因此有效的距離是產生這種增強效應的關鍵，而這種有效距離則取決于材料的組成及性質。

發光的半導體量子點，由于其特有的光學、電學性質，其在生物、醫藥、以及各種光電轉換裝置方面顯示出重要應用。發光半導體量子點具有寬的激發帶、窄的發光譜，通過改變量子點的直徑，用單一的激發波長可得到連續可調的從可見到近紅外的發光，并且量子點顯示出很好的光穩定性及高的抗光褪色性。伴隨著研究的深入，高性能的單一光子源在量子編碼系統方面顯示出極為重要的應用價值，這種光子源要求具有高的發光效率和穩定性，而且無閃爍效應。單一光子源可以是一個有機發光分子，也可以是一個半導體量子點，但目前的實際狀況是由于發光量子點和有機發光小分子自身性質的不足（如有機分子光穩定性差，量子點顯示閃爍效應等），致使二者在此方面的應用受到限制，因此新的單一光子源的研發成為該研究領域的挑戰。金屬納米晶和發光量子點形成的新型納米復合結構可以提高量子點的熒光量子效率，消除閃爍效應，因此表面等離子體熒光增強效應為該領域的研究帶來機遇。

發明內容

本發明為了克服上述不足，提供了一種含有表面等離子體熒光增強的納米復合結構的薄膜，該薄膜中的納米復合結構引起的表面等離子體熒光增強效應使得薄膜中量子點的熒光量子效率大幅度提高，并且其閃爍效應被消除。

本發明還提供了本納米復合結構薄膜的制備方法，本方法制得的薄膜熒光量子效率好。

本發明是通過以下措施來實現的：

本方法的思路是將量子點分散在有機溶劑中，然后加入經過預水解的含氨基的硅烷試劑，使硅烷試劑與量子點表面的配體進行交換；然后通過不含功能化官能團的硅烷試劑的水解對金屬納米粒子進行SiO₂包覆；借助量子點表面含氨基的硅烷的水解，使得SiO₂包覆的金屬納米粒子與量子點相連接（在SiO₂包覆的金屬納米粒子表面形成一個量子點層），得到具有表面等離子體熒光增強效應的納米復合結構薄膜。

本發明的具體技術方案為：

一種含有表面等離子體熒光增強的納米復合結構的薄膜，其特征是：組分為質量比為1：0.7?~?14的帶有氨基的SiO₂和具有納米復合結構的復合納米粒子；薄膜中兩組分以簡單的混合物形式存在。

上述帶有氨基的SiO₂的化學式為SiO₃C_xNH_2x~2x+2，x?=?1~3；

上述復合納米粒子為金屬納米粒子/SiO₂/量子點復合納米粒子，復合納米粒子內核為金屬納米粒子，外層為量子點，所述金屬納米粒子和量子點之間通過SiO₂層連接，SiO₂層的厚度為4?~?30?nm，組分為Si_1-yO_2-y[SiO₃C_xNH_2x~2x+2]_y,?x?=?1~3，y?=?0.05%?~1%。

上述復合納米粒子中，金屬納米粒子內核：SiO₂層：量子點層的質量比為0.1?~?36：1?~?800：0.1?~?30。

上述薄膜厚度為5?~?20?μm。

本發明的含有表面等離子體熒光增強的納米復合結構的薄膜的制備方法，其特征是至少包括以下步驟：

（1）含氨基的硅烷試劑的預水解：將含氨基的硅烷試劑、水與醇按1~?30：0.3~?5：10~?100的體積比混合，攪拌使硅烷分子水解，然后在50~?70℃下將醇揮發，得到溶液1；