[發(fā)明專利]I-II-III-VI族量子點及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110094335.0
• 申請日: 2011-04-15
• 公開（公告）號: CN102154007A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設計）人: 解仁國;張杰;楊文勝
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C09K11/62
• 分類號: C09K11/62
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王恩遠

技術領域

本發(fā)明屬于半導體納米材料制備技術領域。涉及通過調(diào)控溫度和組分配比制備尺寸可控、組分可調(diào)的高熒光效率、物理和化學性能穩(wěn)定的量子點。

背景技術

當半導體晶體的尺寸小到一定程度后(1～20納米)，其費米能級附近的電子能級由原來的準連續(xù)狀態(tài)變?yōu)椴贿B續(xù)，這一現(xiàn)象稱為量子尺寸效應。相應的其性質(zhì)主要依賴于晶體的尺寸。典型的半導體納米晶即量子點主要包括II-VI，III-V和IV-VI族。這些量子點都表現(xiàn)出明顯的量子尺寸效應，其性質(zhì)顯著不同于其體相材料。例如量子點的光學性能依賴于粒子的尺寸，其吸收和發(fā)射波長隨著尺寸的變化而變化。基于這些特殊的性能，半導體量子點在生物標記、照明、顯示器等領域有著重要應用。

膠體半導體量子點的研究工作可追溯到1982年，Brus小組首次報道了水溶性半導體量子點的制備和光學性能的研究。在這以后，一些小組相繼開展了半導體量子點的合成及性能研究工作。

I-II-III-VI族量子點由于其不含有劇毒的重金屬而受關注。同典型半導體量子點如II-VI、III-V族或者I-III-VI族量子點相比，合成I-II-III-VI族量子點的工作較少，而且現(xiàn)有技術制備出的量子尺寸在小于激子波爾半徑內(nèi)不可控且不可調(diào)。例如Lu于2009年首次報道了通過胺熱解單分子反應前體方法制備I-II-III-VI族量子點(Chem.Mater.2003，15，3142-3147))獲得的量子點尺寸從6到30納米，沒有熒光發(fā)射(J.Am.Che.Soc.2008，130，5620-5621)。目前關于I-II-III-VI族量子點無論制備方法、其性質(zhì)研究方面還無法同典型的二元和三元量子點相比。例如CdSe量子點的熒光量子效率可達80％以上，而文獻報道的I-II-III-VI族量子點由于尺寸超過激子波爾半徑?jīng)]有熒光。現(xiàn)存的I-II-III-VI族主要相關工作主要集中于制備不同晶體結構的I-II-III-VI族量子點(立方結構和六方結構)，制備量子點時體系需要在真空，需進一步制備單分子反應單體(陽離子和陰離子的化合物)，這些方法會為量子點合成帶來諸多不便，例如成本高、操作復雜。而且，從材料的研究方面考慮，I-II-III-VI族量子點的組成和性能關系的研究還未見諸報道，從這一意義來說，制備高熒光效率的組分可控的I-II-III-VI族量子點一直是研究的熱點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是，基于背景技術存在的問題，通過調(diào)控陽離子的活性，注入陰離子單體的辦法制備I-II-III-VI族量子點。通過調(diào)控單體組成和溫度首次獲得尺寸可控，組分可調(diào)的I-II-III-VI族量子點，量子尺寸在小于激子波爾半徑內(nèi)。進一步實驗表明，不同組分的量子點表現(xiàn)出不同的光學性質(zhì)即量子點的組成和其熒光效率密切相關。首次獲得的具有高熒光效率的I-II-III-VI族量子點。這種方法操作簡單，成本低廉，易于擴大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明通過調(diào)控投料比制備不同材料組成的I-II-III-VI族量子點，通過調(diào)控反應組成，制備的納米晶熒光效率可達60％以上。利用本發(fā)明的方法制備的I-II-III-VI族量子點從光學性能方面可完全取代典型的CdSe量子點，基本可以滿足生物標記、照明和顯示器等領域應用需求。

本發(fā)明的量子點由I、II、III和VI族元素組成。量子點的具體組成為(Ag_mCu_1-m)_aZn_b(Ga_nIn_1-n)_cS_d，其中6≥a＞1，6≥b＞1，6≥c＞1，d隨著a、b和c數(shù)值變化而變化，d＝(a+2b+3c)/2以滿足分子化合價的要求；I族元素為銅或/和銀，銅與銀摩爾比為1-m/m，1≥m≥0；II族元素為鋅；III族元素為銦或/和鎵，銦與鎵摩爾比為1-n/n，1≥n≥0；VI族元素為硫；量子點尺寸在激子波爾半徑內(nèi)。

本發(fā)明的量子點，粒度在1～8納米；表面配體是疏水性的有機分子，表面配體包括十八胺、油酸或/和巰醇。

本發(fā)明的量子點不含有劇毒的重金屬元素，制備的量子點顯示出良好的單分散性，通過調(diào)控量子點的尺寸和組成，其光學發(fā)光波長為450到1000納米，涵蓋了整個可見和近紅外區(qū)。本發(fā)明的量子點表面有適合的配體鈍化量子點表面，因而獲得的量子點有較高的熒光效率。