[發明專利]一種提高Mn摻雜量子點熱穩定性的方法

有效

• 申請號: 201310456580.0
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103509558A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 鄭金桔;曹盛;王霖;高鳳梅;尉國棟;楊為佑
• 申請（專利權）人: 寧波工程學院
• 主分類號: C09K11/88
• 分類號: C09K11/88;C09K11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于半導體納米材料（量子點）制備技術領域，具體是涉及一種提高Mn摻雜量子點熱穩定性的方法。

技術背景

當材料尺寸減少到納米量級時，由于其納米效應，材料將產生許多新穎而獨特的優于傳統材料的各種功能特性，在微電子、生物工程、化工、醫學等領域具有廣泛的應用價值。

近幾年,以過渡金屬為激活離子的納米發光材料，由于其優異的光學特性，開始受到國內外許多學者的關注。已有研究表明，Mn摻雜的量子點不但能夠保持一般非摻雜量子點光譜可調諧、發光效率高等優勢，而且還可有效地抑制發光的自吸收效應，擁有更好的光化學穩定性等優異性質，在量子點發光器件、太陽能電池、生物熒光標記等方面已顯示出誘人的應用前景。

然而當量子點應用于發光器件比如量子點發光二極管時，由于器件的光電轉化效率不可能為100%（目前的量子點發光二極管的最高效率不超過30%），因此在工作過程中不可避免的產生熱量，導致工作溫度遠遠超過室溫。另一方面，量子點的發光機制決定了其發光強度（正比于發光效率）存在明顯的溫度相關性。一般情況下，溫度越高發光效率越低，即存在熱淬滅效應。據文獻報道，一般非摻雜量子點在溫度由室溫升高到100℃時其發光強度將下降50%以上，這種嚴重的熱淬滅效應直接影響了其在發光器件中的應用，因此提高量子點的熱穩定性是解決其發光效率基礎上的又一個關鍵科學問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是通過調控Mn摻雜量子點的基體材料的組份，提高量子點的熱穩定性。本發明采用成核摻雜方式制備Mn摻雜量子點，通過改變基質材料的組份來調控其禁帶寬度，通過變溫光譜測試及理論分析證明，可以通過增大基體材料的禁帶寬度來提高摻雜量子點的熱穩定性。主要創新點如下：設計在Mn摻雜的ZnSe（Mn:ZnSe）量子點表面包覆ZnS殼層，經過高溫處理形成Mn:ZnS_1-xSe_x量子點，通過控制Se前驅體和S前驅體的比例，獲得不同組份ZnS_1-xSe_x的基體材料，并通過增加S組份比例，提高量子點的熱穩定性。所得到的量子點發光強度在80-500K（-193℃-227℃）之間沒有明顯變化，同時其發光效率在500K的高溫下還能達到50%以上，具有顯著的應用價值。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案，其主要包括以下步驟：

1)基體陰離子硫族前驅體溶液的配備：a）S前驅體溶液：稱取S粉，在惰性氣體氛圍下加熱，使之完全溶解在十八烯中，形成透明油相溶液；b）Se前驅體溶液：稱取Se粉，與硼氫化鈉混合后，在惰性氣體的氛圍下溶解在油胺中；

2)基體陽離子前驅體溶液的配備：將Zn前驅體溶液與十八稀、有機胺配體和脂肪酸混合加入到玻璃瓶中，在惰性氣體氛圍下磁力攪拌并升溫到110℃，得到透明溶液；

3)MnSe晶核的制備：將Mn前驅體溶液與十八烯混合后加入到三頸瓶中，在惰性氣體氛圍下升溫到110℃保持20分鐘，以除去瓶中的水和空氣，再升溫到260℃，得到透明溶液。然后將上述步驟1）中Se前驅體溶液迅速注入該溶液中，得到MnSe晶核。

4)Mn:ZnSe量子點的制備：將步驟3）中的溶液溫度設定在240℃，將步驟2）中的鋅前驅體溶液分三次加入其中后并分別保持15分鐘，利于錳離子充分擴散到ZnSe層，形成Mn:ZnSe量子點；

5)將步驟4）得到的溶液用甲醇/正己烷萃取法純化量子點，然后在萃取完的上層溶液中加入丙酮直到出現絮狀，然后離心和沉淀，將沉淀物溶解到氯仿中，重復離心沉淀多次，以除去未反應完的前驅體溶液，獲得純凈的Mn:ZnSe量子點；值得強調的是Mn:ZnSe量子點必須經過離心清洗以除去多余的前驅體以及反應邊產物，否則在下面的步驟中由于前面反應過程中Se前驅體大量剩余在溶液中而在后續的反應過程中不能有效包覆ZnS，從而不能有效改變ZnS_xSe_1-x合金量子點的組份。

6)ZnS殼層包覆：將步驟5）中得到的量子點溶解到十八烯和油胺的混合液中，將溫度升高到100℃，在溶液中加入S前驅體溶液，隔5分鐘后再加入Zn前驅體溶液，然后將溫度升高到180℃，保持20分鐘，讓ZnS包覆到Mn:ZnSe量子點上。重復按上述過程加入S和Zn前驅體溶液，可進一步包覆ZnS殼層，直到所需要的層數；

7)將步驟6)中的溶液升溫到240℃，保持30分鐘，讓ZnSe層和ZnS層充分擴散，形成Mn摻雜的ZnS_xSe_1-x合金量子點；