[發明專利]一種納米晶熒光粉及其制備方法

有效

• 申請號: 201110259596.3
• 申請日: 2011-09-05
• 公開（公告）號: CN102433124A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 鐘海政;陳冰昆;鄒炳鎖
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C09K11/88
• 分類號: C09K11/88;C09K11/62
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;張利萍

技術領域

本發明涉及一種納米晶熒光粉及其制備方法，具體地說，涉及一種不含稀土元素，具有可溶液加工、熒光量子產率高、穩定性好、發光波長可調、應用范圍廣的核殼型納米晶熒光粉；還涉及一種價格低廉、環保、易操作、可大規模生產本發明所述納米晶熒光粉的制備方法，屬于發光材料技術領域。

背景技術

隨著納米科技的發展，納米材料科學已經成為當前材料科學發展的一個不可或缺的重要領域。從某種意義上來說，納米材料研究的進展勢必把物理、化學、生物、材料等許多學科推向一個新的層次，同時也會給21世紀科學技術研究帶來新的機遇。納米晶熒光材料是近年來發展起來的一類新型功能材料，其中，半導體納米晶(量子點)熒光材料，由于其具有尺寸調制的光學性質和溶液可加工的特點，因而作為新一代的發光材料，引起了人們的廣泛關注，目前已經在發光二極管、生物標記以及病毒檢測等領域取得了顯著的應用成果。然而目前已經開發的高質量半導體納米晶熒光材料主要限于含重金屬鉛和鎘的材料，開發環境友好的無毒或者低毒的半導體納米晶熒光材料的替代材料是半導體納米晶熒光材料應用的重要挑戰之一。

三元半導體納米晶熒光材料，如銅銦硫(Cu-In-S)和銅銦硒(Cu-In-Se)等，是性能優異的光電功能材料，基于三元半導體納米晶熒光材料的薄膜太陽電池的轉換效率已經接近20％。通過理論計算得到三元半導體納米晶熒光材料Cu-In-S的激子半徑為4.1nm，三元半導體納米晶熒光材料Cu-In-Se的激子半徑為10.6nm，理論預測當三元半導體納米晶熒光材料的納米晶尺寸與其激子半徑相當時會表現出量子限域效應，可望獲得發光波長可調制的納米晶熒光材料。此外，通過摻雜鋅，還可以獲得銅鋅銦硫(Cu-Zn-In-S)和銅鋅銦硒(Cu-Zn-In-Se)等四元半導體納米晶熒光材料，進一步調制其發光波長和提高其發光性能。由于具有不含稀土元素以及發光范圍可調等特點，所述三元、四元半導體納米晶熒光材料成為新一代納米晶熒光材料。近期，圍繞所述三元、四元半導體納米晶熒光材料展開了一系列研究，如Xinhua?Zhong小組采用熱注入法將ODE-S作為硫源，Zn(Ac)₂、OLA和ODE作為鋅源先后注入到含有Cu、In和Zn的高溫溶液中得到熒光量子產率達56％的Cu-In-S/ZnS納米晶熒光材料；Xiurong?Yang小組同樣采用熱注入法一鍋合成得到熒光量子產率為40％的Zn_xCu_yInS_1.5+x+0.5y納米晶熒光材料；Narayan?Pradhan小組將Cu摻雜于Zn-In-Se三元半導體納米晶熒光材料合成出熒光量子產率為25～30％的Cu-Zn-In-Se四元半導體納米晶熒光材料，以上所述研究采用的制備方法均為熱注入法。

但是，現有的熱注入法存在以下缺陷：(1)操作過程復雜，耗時長，難以實現大規模生產；(2)通常只能制備得到膠體狀的Cu-In-Zn_x-S/ZnS和Cu-In-Zn_x-Se/ZnS核殼結構半導體納米晶熒光材料，無法直接制備出粉末狀的Cu-In-Zn_x-S/ZnS和Cu-In-Zn_x-Se/ZnS核殼結構半導體納米晶熒光粉，現有技術中也未見有直接制備得到Cu-In-Zn_x-S/ZnS和Cu-In-Zn_x-Se/ZnS核殼結構半導體納米晶熒光粉的報道，其中，所述x≥0。

發明內容

針對現有技術未能制備出Cu-In-Zn_x-S/ZnS和Cu-In-Zn_x-Se/ZnS核殼結構半導體納米晶熒光粉的缺陷，本發明的目的之一在于提供一種納米晶熒光粉，所述納米晶熒光粉為Cu-In-Zn_x-S/ZnS和Cu-In-Zn_x-Se/ZnS納米晶熒光粉；具體地說，所述納米晶熒光粉為分別以Cu-In-Zn_x-S和Cu-In-Zn_x-Se為核，包覆ZnS為殼的Cu-In-Zn_x-S/ZnS和Cu-In-Zn_x-Se/ZnS核殼結構半導體納米晶熒光粉，所述x≥0。本發明所述納米晶熒光粉具有不含稀土元素，具有毒性小、帶隙窄、光吸收系數大、Stokes位移大、自吸收小、產率高、穩定性好、發光波長可調等特點；可均勻分散于甲苯、氯仿、氯苯以及正己烷等有機溶劑中；可應用范圍廣，在發光二極管、太陽能電池、低毒熒光生物標記、光電探測等領域中有廣泛的應用。