[發(fā)明專利]自分子簇化合物合成金屬氧化物半導(dǎo)體納米粒子

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810555362.5
• 申請日: 2014-09-11
• 公開（公告）號: CN108751248B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 奈杰爾·皮克特;史蒂文·馬修·丹尼爾斯;翁布雷塔·馬薩拉;納瑟莉·格雷斯蒂
• 申請（專利權(quán)）人: 納米技術(shù)有限公司
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;C01G11/00;C01G13/02;C09K11/54
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 吳勝周

本文公開了一種制備金屬氧化物納米粒子的方法。所述方法包括使納米粒子前體在分子簇化合物群存在下反應(yīng)。所述分子簇化合物可以含有或可以不含有與將在分子簇化合物中存在的金屬相同的金屬。同樣，所述分子簇化合物可以含有或可以不含有氧。所述分子簇化合物充當(dāng)晶種或模板，在其上開始納米粒子生長。因為所述分子簇化合物都是相同的，所以相同的成核部位導(dǎo)致金屬氧化物納米粒子的高度單分散群。

本申請是國際申請日為2014年9月11日、國際申請?zhí)枮镻CT/GB2014/052755、進入中國國家階段的申請?zhí)枮?01480060625.5且發(fā)明名稱為“自分子簇化合物合成金屬氧化物半導(dǎo)體納米粒子”的中國發(fā)明申請的分案申請。

背景

發(fā)明領(lǐng)域

本方法涉及金屬氧化物量子點的合成。特別地，本方法涉及使用II-VI簇化合物的第IIB族氧化物量子點的合成。

相關(guān)技術(shù)描述。

在電子工業(yè)中，金屬氧化物半導(dǎo)體引起日益增加的技術(shù)上關(guān)注，例如，用于場效應(yīng)晶體管(FET)和透明導(dǎo)電氧化物(TCO)中的用途。特別地，第IIB族氧化物可用于激光二極管中，作為透明導(dǎo)電氧化物，例如在光電二極管、光伏電池、光電晶體管、抗反射涂層中和在蓄電池中。

在第IIB族氧化物中，對于消費者產(chǎn)品來說，主要關(guān)注的是不含重金屬的ZnO，這是由于其無毒性質(zhì)。盡管關(guān)于ZnO的準(zhǔn)確帶隙還存在一些爭論(一個研究依賴于計算模型報道了在3.10-3.26eV范圍內(nèi)的值[F.Li，C.Liu，Z.Ma和L.Zhao，Optical Mater.，2012，34，1062]，而另一個研究使用一種不同的方法報告了在室溫下3.28eV的帶隙[A.P.Roth，J.B.Webb和D.F.Williams，Solid State Commun.，1981，39，1269])，但其在室溫下的寬帶隙和高光學(xué)增益使得ZnO成為對于光電子應(yīng)用來說有前景的材料。而且，其吸收UV輻射的能力也已用于個人護理應(yīng)用如防曬霜。

量子點(QD)是半導(dǎo)體材料的發(fā)光納米粒子，具有典型地在1至20nm范圍內(nèi)的直徑。可以通過操控粒徑來調(diào)整它們的光吸收和光致發(fā)光。QD的獨特的光學(xué)和電子學(xué)性能源自量子限制效應(yīng)(quantum confinement effect)；隨著QD直徑減小，電子和空穴波函數(shù)變成受量子限制的，引起類似于在原子或分子中觀察到的那些的離散能級，導(dǎo)致半導(dǎo)體帶隙隨著QD直徑減小而增大。

隨著粒子尺寸減小，QD材料如ZnO可以變成光學(xué)透明的，對于某些應(yīng)用提供了優(yōu)勢。例如，當(dāng)用于防曬霜中時，ZnO QD可以提供與更大ZnO納米粒子相同的UV吸收水平，但是在皮膚上沒有留下白色殘留物。而且，QD的高吸收系數(shù)使得能夠從微量材料得到強的吸收。

利用包括等離子體熱解、燃燒合成、沉淀反應(yīng)、檸檬酸鹽溶膠合成、微乳液合成和溶膠-凝膠處理在內(nèi)的方法，已經(jīng)對合成ZnO納米粒子的方法進行了若干綜述[S.C.Pillai，J.M.Kelly，R.Ramesh和D.E.McCormack，J.Mater.Chem.C，2013，1，3268]。然而，這樣的方法經(jīng)常不能制造具有對于QD應(yīng)用所需的小粒子尺寸和/或窄尺寸分布和/或溶解度性質(zhì)的納米粒子。

在提供具有窄光致發(fā)光(PL)光譜的可調(diào)節(jié)吸收和發(fā)射特性的QD方案中，ZnO納米粒子的制造需要提供具有均勻形貌和尺寸分布的粒子的方法。在1993年，Murray等報道了通過將較冷的前體溶液注入到高于臨界溫度的較熱的前體溶液中以開始粒子生長，來進行鎘硫?qū)倩颭D的膠體合成[C.B.Murray，D.J.Norris和M.G.Bawendi，J.Am.Chem.Soc.，1993，115，8706]。后續(xù)對溶液的快速冷卻防止了進一步成核，并且粒子生長在較低的溫度接著發(fā)生。此技術(shù)被稱為“熱注入”，當(dāng)在實驗室規(guī)模進行時產(chǎn)生具有窄尺寸分布的粒子，并且已經(jīng)處于具有所需結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的QD的開發(fā)的最前沿。然而，對于克規(guī)模反應(yīng)或更大規(guī)模的反應(yīng)來說，將大體積的一種溶液快速注入到另一種溶液中導(dǎo)致?lián)p害粒子尺寸分布的溫差。因此，持續(xù)的努力聚焦于開發(fā)可商業(yè)規(guī)模化的合成技術(shù)。