[發(fā)明專利]一種量子點及其制備方法與應用

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• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN109988565A
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發(fā)明（設計）人: 楊一行;錢磊;楊成玉;丘潔龍;聶志文
• 申請（專利權）人: TCL集團股份有限公司
• 主分類號: C09K11/56
• 分類號: C09K11/56;C09K11/70;C09K11/88;B82Y20/00;B82Y30/00;B82Y40/00;H01L51/50
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發(fā)明公開一種量子點及其制備方法與應用，方法包括步驟：在已形成的具有窄能帶隙的M¹X¹二元化合物量子點核中加入離子半徑較小的M²進行離子交換反應，可控的離子交換反應可以有效改善量子點的尺寸和組分均勻性，從而有效收窄了量子點的發(fā)光峰寬；同時，由于對應寬能帶隙的金屬元素M²發(fā)生合金化進入原第一量子點核，使得第一量子點核的有效玻爾半徑減小，即弱化了在相同尺寸下的量子尺寸效應，從而也有助于進一步減小量子點的發(fā)光峰寬。由于對應寬能帶隙的金屬元素M²發(fā)生合金化進入原第一量子點核，使得第二量子點核M¹M²X¹相比原有第一量子點核M¹X¹，發(fā)光峰波長發(fā)生藍移。

技術領域

本發(fā)明涉及量子點技術領域，尤其涉及一種量子點及其制備方法與應用。

背景技術

量子點是一種在三個維度尺寸上均被限制在納米數(shù)量級的特殊材料，這種顯著的量子限域效應使得量子點具有了諸多獨特的納米性質：發(fā)射波長連續(xù)可調、發(fā)光波長窄、吸收光譜寬、發(fā)光強度高、熒光壽命長以及生物相容性好等。這些特點使得量子點在生物標記、平板顯示、固態(tài)照明、光伏太陽能等領域均具有廣泛的應用前景。

眾所周知，量子點的發(fā)射波長從理論角度來說可以通過改變量子點核的尺寸和組分來實現(xiàn)簡便的控制。但事實上，真正需要達到某個特定發(fā)射波長的量子點需要在成核和生長動力學等方面進行大量繁瑣的試驗，包括嚴格控制反應的時間、嘗試不同的表面配體單元、優(yōu)化反應前驅物的注入等等。以上述及的技術實現(xiàn)難度在制備基于CdSe體系的藍色發(fā)光量子點時顯得更為突出：短發(fā)射波長（通常 <480 nm）的藍色量子點根據(jù)量子尺寸效應的要求，需要將CdSe量子點核尺寸控制在2 nm以下，在常規(guī)反應條件下很難實現(xiàn)以上尺寸的均勻粒徑分布。因此，CdSe體系更多時候用于合成尺寸較大的橙色和紅色發(fā)光量子點。

為了解決以上二元組分量子點體系在能帶寬度可控性（即對應量子點尺寸）上的局限，含三種或三種以上元素的多元合金化量子點體系（alloyed QDs）被成功開發(fā)。合金化半導體材料的特點在于它具有各組成元素形成的二元合物的綜合特性，包括能帶寬度、激子玻爾半徑和晶格常數(shù)等。這種特點同樣適用于量子點材料體系，例如，將諸如ZnSe或者ZnS的寬能帶隙半導體材料摻入到窄能帶隙的CdSe量子點中，就能夠增加原先量子點核的能帶寬度，這對于實現(xiàn)藍色尤其是深藍色發(fā)光量子點來說具有重要的意義。除了能夠擴展量子點能帶隙的可控范圍外，合金化量子點體系還能夠提供額外的優(yōu)勢：首先，核與殼之間所形成的合金化界面可以作為晶格過渡層；其次，合金化量子點對于量子點生長的各向異性展寬不敏感，因而能夠實現(xiàn)更窄的光譜寬度。

目前采用最廣泛的合金化量子點的制備方法是基于不同反應前驅物的反應活性差異的制備路線，例如在一鍋法（one-pot）反應中僅通過一步熱注入反應可以實現(xiàn)具有連續(xù)組分漸變結構的CdSe@ZnS核殼量子點。在反應前期，高反應活性的Se與Cd形成CdSe富集（CdSe-rich）的內核，而反應活性相對較低的S則與Zn主要參與殼層生長反應，從而形成了沿著量子點徑向方向于從CdSe-rich內核相到ZnS-rich外殼相的連續(xù)組分漸變梯度變化。

但在這種常規(guī)合金化量子點制備方法中的組分分布一般主要是通過預先調節(jié)各組分前驅體的投料比例來實現(xiàn)變化的，而實際反應過程的各反應條件參數(shù)很難用來實現(xiàn)對組分分布的調節(jié)，即這種方法中的合金化以及相應的組分分布在反應過程中不可控的，因此大大限制了對合金化量子點中組分分布的精確控制。

因此，現(xiàn)有技術還有待于改進和發(fā)展。

發(fā)明內容

鑒于上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種量子點及其制備方法與應用，旨在解決現(xiàn)有合金化量子點制備方法中，合金化以及相應的組分分布在反應過程中不可控的，大大限制了對合金化量子點中組分分布的精確控制的問題。