[發明專利]核殼結構量子點的克量級制備及其表面包覆二氧化硅的方法

無效

• 申請號: 201410055128.8
• 申請日: 2014-02-18
• 公開（公告）號: CN103805173A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 張家雨;肖菱子;高小欽;崔一平;沈興超
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C09K11/56
• 分類號: C09K11/56;C09K11/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種Mn摻雜的CdS/ZnS核殼結構量子點的制備方法及其表面包覆二氧化硅的制備方法。

背景技術

白光LED器件是新一代節能照明產業的主要發展方向之一，已逐漸應用到路燈、液晶顯示背光源和室內照明上。涂覆在LED芯片上的熒光粉對白光LED照明器件的光效和穩定性有著重要的影響。與傳統的YAG:Ce熒光粉相比，量子點具有優良的光學性質。最近幾年，摻雜的半導體材料逐漸代替了未摻雜的半導體納米材料，主要優勢是其具有較大的斯托克斯位移，從而避免了自吸收，以及更強的熱穩定性。Mn的摻雜是研究最多的種類之一，這是因為摻Mn的半導體材料既具有磁性又具有發光特性，具有較大的研究價值。由于自身的毒性以及疏水性特征所限制常需在投入應用前對量子點進行進一步修飾。近年來常用的方法是包覆法，其中二氧化硅是最常見的包覆材料之一。研究表明，二氧化硅具有很好的生物相容性和很高的穩定性，特別是在水相介質中；二氧化硅的透光性較好，可以用于調節光電器件中封裝材料和內部發光顆粒的折射率，從而提高透光率。將油溶性量子點包裹到二氧化硅內部，可以有效改善量子點的生物相容性和熒光穩定性，防止量子點在應用環境中降解，使量子點在各領域的應用為廣泛。針對以上問題，本發明提供了一鍋法合成核殼摻雜結構量子點的制備方法及其表面包覆二氧化硅的制備方法；該方法簡化了核殼摻雜結構量子點合成工藝，有望成為核殼摻雜量子點規模化生產的有效途徑。

發明內容

技術問題：為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種核殼結構量子點的克量級制備及其表面包覆二氧化硅的方法。大大提高了量子點納米材料性能的可靠性。

技術方案：本發明是一種核殼結構量子點的克量級制備方法，該方法包括以下步驟：

1）將鎘前驅體與硬脂酸混合，置于一個反應容器中，在氬氣氣氛下加熱至120℃～125℃，隨后降至室溫得硬脂酸鎘；

2）將十八碳烯ODE、硫粉、硬脂酸錳和油胺加入該反應容器中，在氬氣氣氛下將溶液加熱至255℃～260℃；

3）然后將配好的ZnSt₂/ODE前驅體注入上述的反應容器中，保持溫度5～10分鐘后，得到ZnS包覆的核殼摻雜量子點材料。

其中：

步驟1）中，鎘前驅體為氧化鎘，且鎘前驅體和硬脂酸的摩爾數比為1:4～1:6。

所述的反應材料中，鎘前驅體與硫粉的摩爾數比為1:5～1:6，鎘前驅體與硬脂酸錳的摩爾數比為20:1～40:1，鎘前驅體與油胺的摩爾數比為1:2～1:20，油胺與ODE的體積比為1:10～1:15。

步驟3）中，ZnSt₂/ODE的濃度為0.2～0.25M。

本發明的量子點納米材料表面包覆二氧化硅的方法包括以下步驟：

1.）將純化的ZnS包覆的核殼摻雜量子點材料溶于無水甲苯，加入正硅酸乙酯，攪拌得到硅烷化的量子點水溶液；

2.）將壬基酚聚醚-5加入環己烷中攪拌直至澄清，將上一步得到的量子點水溶液加入，再加入氨水，最后注入正硅酸乙酯，繼續攪拌均勻；通過注入乙醇使包覆二氧化硅的量子點納米材料沉淀下來，然后將沉淀物烘干，就得到表面包覆二氧化硅的量子點納米材料。

有益效果：本發明的優點如下：

其一是本發明所述量子點納米材料的熒光在黃光波段，并且其發光峰位可通過調節納米顆粒的大小和摻雜方式來進行調節。

其二是本發明所述量子點納米材料是一種摻雜納米顆粒，具有大的光吸收截面，其光吸收截面的直徑稍大于顆粒直徑。實驗結果表明，在藍光LED芯片上涂覆幾百納米厚的所述量子點納米材料的薄膜就能實現白光照明。

其三是本發明所述量子點的制備方法簡單，易于控制量子點質量與尺寸以及表面特性，所得的核殼摻雜量子點具有較高的熒光效率和均一的粒徑分布且穩定性強。該方法沒有中間過程，使合成核殼摻雜結構量子點的操作步驟簡單，且可以一次合成大批量的核殼摻雜結構量子點，使II-VI族半導體納米材料適合實際應用甚至是工業批量生產。

其四是本發明另外提供的一種包覆二氧化硅的方法，能進一步降低量子點自身毒性，有效改善量子點的生物相容性及熒光穩定性，防止量子點在應用環境中降解，使量子點能更好的應用于光電器件中。

附圖說明

圖1是實施例一得到的CdS:Mn/ZnS量子點納米材料的吸收譜和熒光譜。

圖2是實施例二第二步得到的CdS:Mn/ZnS@SiO₂量子點納米材料的吸收譜和熒光譜。