[發(fā)明專利]一種基于靜電勢(shì)阱組裝有序量子點(diǎn)陣的方法

有效

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• 申請(qǐng)日: 2013-03-20
• 公開（公告）號(hào): CN103204463A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張學(xué)驁;王飛;羅威;方靖岳;王廣;陳衛(wèi);常勝利;秦石喬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): B82B3/00
• 分類號(hào): B82B3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 魏國先

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明屬于納米材料與納米技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用靜電勢(shì)阱組裝有序量子點(diǎn)陣的方法。

背景技術(shù)

由于量子點(diǎn)的尺寸接近或小于其電子費(fèi)米波長，電子能量呈現(xiàn)為分立的量子能級(jí)而產(chǎn)生出特殊的光、電、磁特性及其尺寸調(diào)控效應(yīng)。基于量子點(diǎn)的這些特性，有望構(gòu)建出多種新型納米電子器件、納米光電器件和納米傳感器，尤其是利用量子點(diǎn)的電子隧穿性能可用于單個(gè)電荷和單光子的調(diào)控和探測。量子點(diǎn)陣具有不同于塊體材料和單量子點(diǎn)的集體性質(zhì)，如電子輸運(yùn)、相干振動(dòng)模，具有表面等離激元共振、表面拉曼增強(qiáng)、金屬增強(qiáng)熒光等物理效應(yīng)。在納米光電器件、生物化學(xué)傳感器、分子探測等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

1970年，半導(dǎo)體超晶格、量子阱概念的提出，開創(chuàng)了人工設(shè)計(jì)、制備低維量子結(jié)構(gòu)材料研究的新領(lǐng)域。所謂低維量子結(jié)構(gòu)材料，通常是指除三維體材料之外的二維超晶格、量子阱材料，一維量子線和零維量子點(diǎn)材料。由于量子點(diǎn)所具有的量子尺寸、量子隧穿、庫侖阻塞、量子干涉等效應(yīng)而成為國際研究的前沿?zé)狳c(diǎn)領(lǐng)域。由量子點(diǎn)到可應(yīng)用的器件必然涉及量子點(diǎn)的組裝問題。目前對(duì)量子點(diǎn)的組裝采用的方法主要由分子束外延、化學(xué)氣相沉積、濺射、自組裝生長和納米加工等方法。但是，這些方法在工藝控制、設(shè)備要求以及產(chǎn)率上都有一定的局限性，不能滿足實(shí)際應(yīng)用中的規(guī)模化及低成本的要求。如采用氧化鋁模板法能夠得到高質(zhì)量的量子點(diǎn)陣，但是量子點(diǎn)的尺寸不能做到20納米以下。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種基于靜電勢(shì)阱組裝有序量子點(diǎn)陣的方法，精確控制量子點(diǎn)的組裝定位，使其尺寸和排布具有可控性，得到有序量子點(diǎn)陣。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

所述基于靜電勢(shì)阱組裝有序量子點(diǎn)陣的方法，包括如下步驟：

（1）清洗基片；所述基片為載玻片、石英片或ITO導(dǎo)電玻璃片；

（2）氨基功能化介孔二氧化硅薄膜的制備：以CTAB、Brij-56、F127或P123為模板劑，以TEOS（正硅酸乙酯）和APTES（3-氨丙基三乙氧基硅烷）為硅源，采用蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝的方式在基片上制備出介孔孔徑為2~10nm的不同相結(jié)構(gòu)的氨基功能化有序介孔二氧化硅薄膜；

（3）靜電勢(shì)阱的形成：通過物理或者化學(xué)的方法對(duì)步驟（2）制備出的薄膜進(jìn)行減薄，使得薄膜表面僅介孔端帶有氨基，再在薄膜表面修飾帶負(fù)電荷的羧基硅烷自組裝單分子膜，使薄膜表面介孔端帶有正電荷，其它區(qū)域帶有負(fù)電荷，形成對(duì)帶負(fù)電荷量子點(diǎn)的正電荷靜電勢(shì)阱；

（4）量子點(diǎn)的靜電自組裝：將經(jīng)步驟（3）處理的基片置于帶負(fù)電荷的金膠體溶液中，由于正負(fù)電荷之間的靜電作用力，在介孔中心量子點(diǎn)與基片相互作用能最小，驅(qū)使量子點(diǎn)向介孔中心運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)的定位組裝，形成有序量子點(diǎn)陣；再對(duì)薄膜進(jìn)行臭氧清洗，去掉表面的羧基。所述量子點(diǎn)為帶負(fù)電荷的金納米粒子，可以采用化學(xué)制備方法獲得單分散的、尺寸可控的金納米粒子，尺寸為2~10nm。

其中，所述步驟（2）的具體步驟為：

（a）配制由TEOS、無水乙醇、去離子水、0.1mol/L鹽酸組成的混合溶液，攪拌、回流水解后得到溶膠；在溶膠中加入去離子水和12mol/L鹽酸，然后加入APTES，再加入表面活性劑，混合均勻，使溶膠中其中各組分的摩爾比構(gòu)成如下關(guān)系式：(1?x)TEOS：xAPTES：20C₂H₅OH：(x+0.05)HCl：5H₂O：n表面活性劑，其中x代表APTES的摩爾量，0＜x＜1；n代表表面活性劑的摩爾量，表面活性劑為CTAB時(shí)，n=0.14；表面活性劑為Brij?56時(shí)，n=0.082；表面活性劑為P123時(shí)，n=0.01；表面活性劑為F127時(shí)，n=0.006；

（b）將配制好的溶膠在基片上浸漬提拉成膜，其提拉速度為14～18cm/min，環(huán)境溫度25℃，相對(duì)濕度RH=45～55%；將制備好的薄膜自然干燥，于110?℃條件下恒溫20~28h，最后置于裝有乙醇的索氏提取器中萃取，既得氨基功能化介孔二氧化硅薄膜。

步驟（2）所述不同相結(jié)構(gòu)的氨基功能化有序介孔二氧化硅薄膜是指相結(jié)構(gòu)分別為p6mm，Pm3n、P63/mmc、Im3m的氨基功能化有序介孔二氧化硅薄膜。

步驟（3）中所述的物理方法是采用美國FEI的Helios?NanoLab雙束系統(tǒng)中的聚焦Ga+離子束來完成減膜過程。