[發明專利]表面改性的納米粒子

在審

• 申請號: 201810376947.0
• 申請日: 2014-12-19
• 公開（公告）號: CN108598247A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 武貢筍;龐浩;伊馬德·納薩尼
• 申請（專利權）人: 納米技術有限公司
• 主分類號: H01L33/50
• 分類號: H01L33/50;C09K11/08;C09K11/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 程紓孟

用兩親性大分子例如兩親性的共聚物對納米粒子(QD)的表面改性。表面改性使得QD與氧排除基體(如環氧樹脂、聚氨酯樹脂、聚酯樹脂或任何親水的無機/有機混合樹脂如(甲基)丙烯酸酯官能化的、多面體的、低聚的硅倍半氧烷(POSS))更加相容。

本申請是申請日為2014年12月19日、發明名稱為“表面改性的納米粒子”、國際申請號為PCT/GB2014/053775并且中國國家申請號為201480072461.8的申請的分案申請。

相關申請的交叉引用：

本申請要求2014年1月6日提交的美國臨時申請號61/924,060的權益，其內容通過引用以其全部結合在此。

關于聯邦資助的研究或開發的聲明：不適用

技術領域

本發明總體上涉及納米粒子。更具體地，其涉及用于對半導體納米粒子的外表面改性的方法。

背景技術

納米粒子

對于由通常稱為量子點(QD)和/或納米粒子的具有2-100nm的量級的尺寸的粒子組成的化合物半導體的制備和表征存在相當大的興趣。在此領域中的研究主要聚焦在了納米粒子的可尺寸調整的電子、光學和化學性質上。半導體納米粒子歸因于它們在各種商業應用如生物學標記、太陽能電池、催化、生物學成像和發光二極管中的潛力，正在獲得關注。

兩個基本因素(都與單獨的半導體納米粒子的尺寸相關)是它們獨特性質的主要原因。第一個是大的表面與體積的比率：隨著粒子變得更小，表面原子與內部的那些的數目的比例增加。這導致表面性質在材料的整體性質上發揮重要的作用。第二個因素是，對于很多材料(包含半導體納米粒子)，材料的電子性質隨粒子尺寸改變。此外，因為量子限制效應，帶隙典型地隨著納米粒子尺寸的降低逐漸地變大。該效果是“箱中電子”的限制的結果，所述限制給出與在原子和分子中觀察到的那些相似的離散能級，而非在相應的大塊半導體材料中觀察到的連續能帶。半導體納米粒子傾向于展現依賴于納米粒子材料的粒子尺寸和組成的窄帶寬發射。第一激子躍遷(帶隙)在能量上隨著減小的粒徑而增加。

單一半導體材料的半導體納米粒子，在本文稱作“核納米粒子”，與外部有機鈍化層一起，傾向于因為在位于可以導致非輻射電子-空穴復合的納米粒子表面上的缺陷和懸掛鍵處發生的電子-空穴復合而具有相對低的量子效率。

消除納米粒子的無機表面上的缺陷和懸掛鍵的一個方法是在核粒子的表面上生長第二無機材料(典型地具有更寬的帶隙和小的與核材料晶格的晶格錯配)，以制備″核-殼″粒子。核-殼粒子將限制在核中的載流子與將另外充當非輻射復合中心的表面態分離。一個實例是生長在CdSe核的表面上的ZnS。另一個方案是制備核-多殼結構，其中″電子-空穴″對被完全限制到由特定材料的數個單層構成的單個殼層，如量子點-量子阱結構。這里，核典型地是寬帶隙材料，之后是較窄帶隙材料的薄殼，并且被另一個寬帶隙層封端。實例是使用以下方法所生長的CdS/HgS/CdS：Hg Hg取代在核納米晶體的表面上的Cd以沉積僅數個單層的HgS，其隨后長滿CdS的單層。所得到的結構展現了清楚的光激發載流子在HgS層中的限制。

迄今為止，最多被研究和制備的半導體納米粒子是所謂的“II-VI材料”，例如，ZnS、ZnSe、CdS、CdSe和CdTe，以及結合這些材料的核-殼和核-多殼結構。但是，在常規QD中使用的鎘和其他受限的重金屬是高毒性的元素，并且在商業應用中有主要的憂慮。含鎘QD的固有毒性妨礙了它們在涉及動物或人類的應用中的使用。例如，近來的研究建議，由鎘硫屬化物半導體材料制造的QD在生物環境中可以是細胞毒性的，除非受到保護。具體地，經過多種途徑的氧化或化學侵蝕可能會導致在QD表面上形成可能被釋放到周圍環境中的鎘離子。盡管表面涂層如ZnS可以明顯地降低毒性，但不可能將其完全消除，因為QD可能長期留在細胞中或積累在體內，在此期間，它們的涂層可能經歷一些形式的使富鎘核暴露的降解。