[發(fā)明專利]一種硅量子點(diǎn)的大規(guī)模生產(chǎn)方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410024175.6
• 申請(qǐng)日: 2014-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN103754880A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝洪辰;陳家榮;陸明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B33/021
• 分類號(hào): C01B33/021;C09K11/59;B82Y20/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于量子點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種量產(chǎn)硅量子點(diǎn)的方法。

背景技術(shù)

硅量子點(diǎn)是指尺寸小于硅激子波爾半徑，即4.3nm的硅顆粒，根據(jù)量子限制效應(yīng)，當(dāng)硅顆粒的尺寸被限制在此數(shù)量級(jí)以下時(shí)，硅顆粒的光致發(fā)光和電致發(fā)光效率大幅增加，使得其可成為一種熒光材料或發(fā)光二極管(LED)發(fā)光材料。目前，硅量子點(diǎn)生產(chǎn)方法中，主要有電化學(xué)方法、自組織生長法等。電化學(xué)方法生產(chǎn)硅量子，較難獲得小尺寸硅量子點(diǎn)，尺寸精度控制不高。自組織法生長硅量子點(diǎn)，生產(chǎn)成本比較高，生產(chǎn)條件要求也高。

本方法以電化學(xué)腐蝕方法制備的亞微米硅粉末為原料，在常溫常壓環(huán)境下，通過化學(xué)方法制備尺寸均一度高、發(fā)光強(qiáng)度大的硅量子點(diǎn)膠體溶液，該方法具有可大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)率和純度高，發(fā)光峰位可調(diào)，生產(chǎn)條件要求低等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)目前硅量子點(diǎn)生產(chǎn)方法中存在的問題，提出一種生產(chǎn)條件要求低，生產(chǎn)效率高，尺寸精度控制好，可大規(guī)模生產(chǎn)的生產(chǎn)硅量子點(diǎn)的方法。

本發(fā)明提出的生產(chǎn)硅量子點(diǎn)的方法，具體步驟如下：

（1）配制反應(yīng)前驅(qū)液

將表面活性劑以及基礎(chǔ)溶劑配制成混合溶劑，把原料硅納米粉分散在混合溶劑中；其中，表面活性劑占混合溶劑的體積百分比為5%-50%；表面活性劑為各類常見的有機(jī)表面活性劑或者無機(jī)表面活性劑，如純水、十八烯等，基礎(chǔ)溶劑為常見揮發(fā)性溶劑，如甲醇、乙醇或均三甲苯等；

（2）分離硅納米粉膠體

將步驟（1）獲得的混合物，自然靜置或者低速離心，分離出分散性好的硅納米粉膠體，其中，靜置時(shí)間在1-10天（根據(jù)溶液濃度和沉積量的不同決定），或者用低速離心機(jī)，以小于1000轉(zhuǎn)每分鐘的速率離心5-30分鐘（根據(jù)溶液濃度決定）；

（3）配制酸腐蝕液，定量加入步驟（2）得到的硅納米粉膠體，加快反應(yīng)終止過程，提高產(chǎn)物硅量子點(diǎn)發(fā)光峰位的控制精度；其中，酸腐蝕液由氫氟酸和硝酸的混合物構(gòu)成，用步驟（1）中的基礎(chǔ)混合溶液稀釋，氫氟酸體積占比5%-50，硝酸體積占比為5-40%；

（4）利用紫外波段激光器和光譜儀，實(shí)時(shí)監(jiān)控產(chǎn)物的發(fā)光特性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的發(fā)光峰位控制；

（5）量子點(diǎn)清洗和過濾。

本發(fā)明中，所述原料硅納米粉為多晶硅或者單晶硅粉末，粉末平均尺寸要求小于60nm，該原料是本領(lǐng)域內(nèi)常見的生產(chǎn)原料。??

本發(fā)明中，所用于制備反應(yīng)前驅(qū)液的溶液優(yōu)選為甲醇和水的混合物，混合物中水的最佳體積含量占比為10%-30%；用于制備前驅(qū)液的設(shè)備包括超聲機(jī)，電磁攪拌儀，離心機(jī)都是常見的溶液處理設(shè)備。硅納米粉膠體可以通過自然靜置或者低速離心獲得。

本發(fā)明中，酸腐蝕液為硝酸和氫氟酸的混合溶液，濃度可根據(jù)選用的硅粉尺寸調(diào)整。?

本發(fā)明中，氫氟酸與硝酸的優(yōu)選的體積比例為0.5-2:1。酸腐蝕液滴注速率為1mg-10mg/小時(shí)×50ml反應(yīng)原料比較好。

小于100nm的硅粉末，都是通過電化學(xué)腐蝕的方法獲得，利用該方法獲得的硅粉，不可避免的會(huì)有大量大尺寸，不規(guī)則的硅顆粒雜質(zhì)，同時(shí)，硅粉本身的粒度分布也很寬，在硅量子點(diǎn)的生產(chǎn)過程中，這些大尺寸的硅顆粒雜質(zhì)，會(huì)引起硅粉末的聚沉。因此，反應(yīng)過程中，需要通過超聲保證粉末的在腐蝕液中的散布，但是超聲又帶來溫度的變化和溶液分布的不均勻性，以及對(duì)反應(yīng)設(shè)備的高要求。此外，大顆粒在腐蝕過程中無法被消除，在后續(xù)的過濾分離和量子點(diǎn)清洗中都會(huì)造成不利影響。利用制備的前驅(qū)液，所獲得的膠體溶液中，經(jīng)過自然靜置或者低速離心，能夠有效地排除大顆粒硅粉末，同時(shí)，隨著沉積時(shí)間的增長，膠體中硅粉末的平均尺寸和粒度分布都將變小，在一定的時(shí)間之后，將獲得無需任何輔助處理就可以自然散布的硅納米粉末膠體。

利用本發(fā)明方法制備硅量子點(diǎn)的過程中，由于可以攪拌或者靜置進(jìn)行反應(yīng)，因此，可以結(jié)合光學(xué)測量設(shè)備，對(duì)生產(chǎn)過程中的發(fā)光特性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；同時(shí)，由于酸液始終處于不過量狀態(tài)，因此，終止反應(yīng)后，納米顆粒尺寸的幾乎不會(huì)被進(jìn)一步腐蝕，對(duì)最終獲得的產(chǎn)物的發(fā)光波長控制精度更高。

本發(fā)明采用前驅(qū)液預(yù)制的方法，進(jìn)而利用化學(xué)控制腐蝕，結(jié)合目前行業(yè)內(nèi)硅粉末材料的性質(zhì)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了一套具有諸多優(yōu)勢(shì)和先進(jìn)性的硅量子點(diǎn)生產(chǎn)方法，具體表現(xiàn)如下：

1、可大規(guī)模生產(chǎn)；

2、所涉及的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)條件都要求更低，生產(chǎn)成本更低；

3、利用前驅(qū)液預(yù)制很好的解決了硅粉末分散，大顆粒去除，和粒度初步篩選這三個(gè)硅量子點(diǎn)生產(chǎn)中的重要問題；

4、配合光學(xué)測量設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)硅量子點(diǎn)生產(chǎn)中發(fā)光特性的實(shí)時(shí)監(jiān)控；