[發明專利]量子點納米材料的制備方法及其表面包覆二氧化硅的方法

無效

• 申請號: 201010588938.1
• 申請日: 2010-12-15
• 公開（公告）號: CN102079978A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 張家雨;王凱;楊伯平;崔一平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C09K11/88
• 分類號: C09K11/88;C09K11/02;H01L33/50;H01L33/48
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 周靜

技術領域

本發明涉及一種量子點納米材料的制備方法及其表面包覆二氧化硅的方法。

背景技術

白光LED器件是新一代節能照明產業的主要發展方向之一，已逐漸應用到路燈、液晶顯示背光源和室內照明上。當前白光LED照明器件的研發重點是提高其光效和穩定性。制備白光LED器件的常規方法是在藍光LED芯片上涂覆黃光YAG:Ce熒光粉。熒光粉將LED芯片所發射的部分藍光轉換為黃光，黃光與透射出的藍光混合而成白光。白光LED照明器件的光電性能首先取決于GaN基藍光LED芯片。目前國際上市場產品的光效已達到100-120lm/W，而處于實驗室階段的器件達到150lm/W。Cree公司和日亞公司最近報道了200lm/W的白光LED器件。我國藍光LED芯片研發的進展也很快，利用國產芯片所封裝的白光LED器件在實驗室階段已能達到100-120lm/W。YAG:Ce熒光粉對白光LED器件的光效和穩定性也有顯著影響。YAG:Ce熒光粉是通過高溫燒結然后機械粉碎來制備的。這種YAG:Ce微晶的大小、形狀和Ce離子分布不易控制。Ce離子在YAG微晶中是隨機分布的。處于YAG微晶內部的Ce離子將成為發光中心，藍光吸收和黃光發射都在其上進行。但是處于YAG微晶表面的Ce離子往往會變成光猝滅中心。此外，實驗研究表明，具有不規則形狀的YAG:Ce微晶在藍光輻照下容易老化，導致了白光LED器件的光衰減。需要說明的是，YAG:Ce熒光粉的知識產權掌握在外國公司手中。因此研發其它種類的高性能黃光熒光材料來替代YAG:Ce熒光粉，對我國的白光LED照明產業有重要意義。

發明內容

本發明提供一種量子點納米材料的制備方法，性能穩定，熒光量子產率高、且量子點納米材料的產率高。

本發明還提供上述制備方法所得量子點納米材料表面包覆二氧化硅的方法，大大提高量子點納米材料性能的可靠性。

量子點納米材料的制備方法包括以下步驟：

(1)制備ZnSe量子點，提純后溶于正己烷；

(2)取(1)中的ZnSe量子點0.24mmol，加入油胺、十八碳烯(以下簡稱ODE)，在氬氣氣氛下，加熱到120℃，在此溫度下停留5-6分鐘，注入MnSt₂(硬脂酸錳)/ODE，穩定5-6分鐘后升溫到270-280℃，停留5-6分鐘，注入Se/TBP(三丁基膦)并在此溫度下停留5-6分鐘，注入ZnSt₂(硬脂酸鋅)/ODE，反應20-25分鐘，得到量子點納米材料，其中MnSt₂、Se和ZnSt₂的注入量分別為0.032-0.04mmol、0.48-0.49mmol、0.34-0.425mmol。

優選的，步驟(2)中，MnSt₂/ODE的濃度為0.02-0.025M，Se/TBP的濃度為2.4-2.45M，ZnSt₂/ODE的濃度為0.2-0.25M。

上述制備方法與傳統的成核摻雜制備ZnSe:Mn量子點的方法相比，發光效率相當，但產率大大提高，可以達到50％～55％(傳統方法僅為15％～20％)。

在所述制備方法所得量子點納米材料表面包覆二氧化硅的方法，包括以下步驟：

(1)將純化的量子點納米材料溶于正己烷，用巰基丙酸轉水，得到量子點水溶液；

(2)在3-氨丙基三乙氧基硅烷中加入量子點水溶液，攪拌均勻，反應形成溶膠。

作為改進，所述在量子點納米材料表面包覆二氧化硅的方法，還包括步驟(3)：將LED倒置于步驟(2)所得溶膠中，隨著3-氨丙基三乙氧基硅烷的水解固化，LED被封裝在二氧化硅中。

本發明的優點如下：

其一是本發明所述量子點納米材料的熒光在黃光波段，并且其發光峰位可通過調節納米顆粒的大小和摻雜方式來進行調節。

其二是所述量子點納米材料表面為寬禁帶半導體殼層ZnSe，不僅能實現很好的穩定性，而且能提高其熒光量子產率。

其三是本發明所述量子點納米材料是一種摻雜納米顆粒，具有大的光吸收截面，其光吸收截面的直徑稍大于顆粒直徑。實驗結果表明，在藍光LED芯片上涂覆幾百納米厚的所述量子點納米材料的薄膜就能實現白光照明。

其四是本發明的白光LED器件使用過程中通常存在著熱效應，這導致LED芯片所發射的藍光峰位漂移。對于半導體摻雜納米材料而言，小于某一特定波長的光都能被其吸收，并且可以被吸收光的范圍可通過改變納米顆粒的大小來進行調節，因此這種藍光峰位漂移不會在半導體摻雜納米材料中引起光吸收的改變。