CN101875844A - 一种可发射白色荧光的纳米材料及其制备方法 - Google Patents

一种可发射白色荧光的纳米材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可发射白色荧光的纳米材料,以及这种纳米材料的制备方法;属于纳米半导体发光材料技术领域。该纳米材料为铜、锰原子共掺杂的硫化锌半导体量子点,其中铜原子与锌原子的原始摩尔比为0.1~0.2%,锰原子与锌原子的原始摩尔比为0.4%~0.6%,并且加入PVP减缓化学反应速度且防止反应过程中量子点团聚。此发光材料主要发射峰能量范围为2.86~3.17eV,2.35~2.65eV,2.01~2.25eV。本发明的优点是:本发明提供了一种可发白光的半导体量子点材料,并且制备过程简单,可重复性很好,成本较低,无毒。本发明制备的量子点所发白光的色度不易受外界因素的影响,非常稳定。

Description

一种可发射白色荧光的纳米材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米材料,具体为一种可发射白色荧光的纳米材料,以及这种纳米材料的制备方法;属于纳米半导体发光材料技术领域。
背景技术
近十年来,半导体纳米材料凭借其优越的物理和化学特性,受到人们越来越多的关注。尤其是材料尺寸越小,其量子限制效应愈是明显,进而表现出各种独特而新颖的光、电特性。因而,三维受限的量子点材料自然就成为了人们关注的热点。量子点发光材料相比有机发光材料,可以克服热衰变、光化学衰变等问题,极大地提高期间使用寿命,因此量子点发光材料在光电器件中具有广阔的应用前景。为了适应高分辨率成像、探测、显示技术领域发展的要求,制备球星、分布均匀、具有高的发光效率的荧光材料也是人们追求的目标。然而制备纳米级的材料时,往往存在产率低、清洗过程及热处理过程中污染和吸附引起的发光率的减小、纳米粒子的团聚等问题。
纳米硫化锌基发光材料因其具有热红外透明性、荧光、磷光、等新颖的光电物理特性,备受人们重视。在现有技术下,大都采用混合三基色来获得白光,但是这种方法制备工艺复杂,较难掌控,成本也较高,而且多层结构容易造成自吸收,致使量子效率比较低。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种可发射白色荧光的纳米材料,以解决现有技术的上述不足。
本发明的另一目的是为了提供这种纳米材料的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。
一种可发射白色荧光的纳米材料,为铜、锰原子共掺杂的硫化锌半导体量子点,其中铜原子与锌原子的原始摩尔比为0.1~0.2%,锰原子与锌原子的原始摩尔比为0.4%~0.6%,并且加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)减缓化学反应速度且防止反应过程中量子点团聚。此发光材料主要发射峰能量范围为2.86~3.17eV,2.35~2.65eV,2.01~2.25eV。
上述可发射白色荧光的纳米材料的制备方法,具体步骤如下:
1)配制浓度为0.1M的醋酸锌溶液;
2)称取适量的乙酸锰、乙酸铜,使得锰和锌的摩尔比约为0.4%~0.6%,铜和锌的摩尔比约为0.1%~0.2%;
3)将上述所配得的混合溶液使用磁力搅拌器,在常温下剧烈搅拌1~2个小时;
4)称取适量的PVP,将其加入上述的混合溶液,继续磁力搅拌1~2个小时;
5)用醋酸调节混合溶液的pH值为4~6,继续搅拌0.5~1个小时;
6)配制浓度为0.1M的硫化钠溶液,然后将其逐滴加入到步骤5)中的混合溶液,在整个滴加过程中不断地使用磁力搅拌,直至滴加完毕;
7)将所制备的水溶液样品,采用旋转涂覆法,使其在清洗干净的ITO玻璃衬底上成膜;转速800~1200rpm,成膜时间为15~30s;完成后将样品放在60~100℃的烘箱内烘干,时间为2~6小时,获得产品。
步骤4)中加入PVP的最佳计量是:PVP与锌原子的摩尔比为0.015∶1~0.07∶1;加入的PVP是用作表面修饰剂,可以有效地防止在实验反应过程中量子点团聚。
步骤6)中,所述的滴加速度为2~3mL/min。
上述所使用的溶剂均是去离子水与无水乙醇的混合溶液,且去离子水与乙醇的体积比为3∶1~5∶1。
与现有技术相比,本发明的优点是:本发明提供了一种可发白光的半导体量子点材料,并且制备过程简单,可重复性很好,成本较低,无毒。本发明制备的量子点所发白光的色度不易受外界因素(比如驱动电压)的影响,非常稳定。
附图说明
图1为本发明的白色量子点荧光材料的透射电子显微镜(TEM)图;
图2为本发明的白色量子点荧光材料的光致发光图,(激发波长为325nm)。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的技术特点。
实施例1:
第一步:称取1.05g醋酸锌将其溶于50mL水醇溶液,水与无水乙醇的体积比为3∶1;
第二步:将0.735g乙酸锰和0.499g乙酸铜分别溶于60mL和500mL的水醇溶液,然
后从乙酸锰溶液和乙酸铜溶液中各自取出0.5mL和1mL,并将其倒入(1)中的醋酸锌溶液中。此时,在所配好的混合溶液中,锰和锌的摩尔比约为0.5%,铜和锌的摩尔比约为0.1%;
第三步:将上述所配得的混合溶液使用磁力搅拌器,在常温下剧烈搅拌一个小时;
第四步:称取0.5g的PVP,将其加入已搅拌一个小时的混合溶液,继续磁力搅拌一个小时。此步中加入的PVP(聚乙烯砒咯烷酮)是用作表面修饰剂,可以有效地防止在实验反应过程中量子点团聚。本发明中加入PVP的最佳计量是:PVP与锌原子的摩尔比为0.03∶1左右;
第五步:用醋酸调节混合溶液的pH值为5左右,继续搅拌半个小时;
第六步:称取1.2g硫化钠,将其溶于50mL水醇溶液,然后将其逐滴加入到第五步中的混合溶液,滴加速度为2~3mL/min。在整个滴加过程中都不断地使用磁力搅拌,直至滴加完毕;
第七步:将所制备的水溶液样品,采用旋转涂覆法,使其在清洗干净的ITO玻璃衬底上成膜;转速800rpm,成膜时间为30s。完成后将样品放在80℃的烘箱内烘干,时间为6小时。
所制备的样品形貌如图1透射电镜图所示,为大小在5nm左右的半导体纳米颗粒。如图2所示,产物具有发射白色荧光的光学特性。其主要光致荧光发射峰能量范围为3.02~3.17eV,2.51~2.65eV,2.19~2.25eV。
实施例2:
第一步:称取1.05g醋酸锌将其溶于50mL水醇溶液,水与无水乙醇的体积比为3∶1;
第二步:将0.735g乙酸锰和0.499g乙酸铜分别溶于60mL和500mL的水醇溶液,然
后从乙酸锰溶液和乙酸铜溶液中各自取出0.5mL和1mL,并将其倒入(1)中的醋酸锌溶液中。此时,在所配好的混合溶液中,锰和锌的摩尔比约为0.5%,铜和锌的摩尔比约为0.1%;
第三步:将上述所配得的混合溶液使用磁力搅拌器,在常温下剧烈搅拌一个小时;
第四步:称取0.5g的PVP,将其加入已搅拌一个小时的混合溶液,继续磁力搅拌一个小时。此步中加入的PVP是用作表面修饰剂,可以有效地防止在实验反应过程中量子点团聚。本发明中加入PVP的最佳计量是:PVP与锌原子的摩尔比为0.03∶1左右;
第五步:用醋酸调节混合溶液的pH值为5左右,继续搅拌半个小时;
第六步:称取1.2g硫化钠,将其溶于50mL水醇溶液,然后将其逐滴加入到第五步中的混合溶液,滴加速度为2~3mL/min。在整个滴加过程中都不断地使用磁力搅拌,直至滴加完毕;
第七步:将所制备的水溶液样品,采用旋转涂覆法,使其在清洗干净的ITO玻璃衬底上成膜;转速1000rpm,成膜时间为20s。完成后将样品放在80℃的烘箱内烘干,时间为4小时。
所制备的样品形貌如图1透射电镜图所示,为大小在5nm左右的半导体纳米颗粒。如图2所示,产物具有发射白色荧光的光学特性。其主要光致荧光发射峰能量范围为3.02~3.15eV,2.55~2.61eV,2.10~2.25eV。
实施例3:
第一步:称取1.05g醋酸锌将其溶于50mL水醇溶液,水与无水乙醇的体积比为3∶1;
第二步:将0.735g乙酸锰和0.499g乙酸铜分别溶于60mL和500mL的水醇溶液,然
后从乙酸锰溶液和乙酸铜溶液中各自取出0.5mL和1mL,并将其倒入(1)中的醋酸锌溶液中。此时,在所配好的混合溶液中,锰和锌的摩尔比约为0.5%,铜和锌的摩尔比约为0.1%;
第三步:将上述所配得的混合溶液使用磁力搅拌器,在常温下剧烈搅拌一个小时;
第四步:称取0.5g的PVP,将其加入已搅拌一个小时的混合溶液,继续磁力搅拌一个小时。此步中加入的PVP是用作表面修饰剂,可以有效地防止在实验反应过程中量子点团聚。本发明中加入PVP的最佳计量是:PVP与锌原子的摩尔比为0.03∶1左右;
第五步:用醋酸调节混合溶液的pH值为5左右,继续搅拌半个小时;
第六步:称取1.2g硫化钠,将其溶于50mL水醇溶液,然后将其逐滴加入到第五步中的混合溶液,滴加速度为2~3mL/min。在整个滴加过程中都不断地使用磁力搅拌,直至滴加完毕;
第七步:将所制备的水溶液样品,采用旋转涂覆法,使其在清洗干净的ITO玻璃衬底上成膜;转速1200rpm,成膜时间为15s。完成后将样品放在80℃的烘箱内烘干,时间为2小时。
所制备的样品形貌如图1透射电镜图所示,为大小在5nm左右的半导体纳米颗粒。如图2所示,产物具有发射白色荧光的光学特性。其主要光致荧光发射峰能量范围为2.86~3.01eV,2.35~2.45eV,2.01~2.15eV。

Claims (5)

1.一种可发射白色荧光的纳米材料,其特征在于:为铜、锰原子共掺杂的硫化锌半导体量子点,其中铜原子与锌原子的原始摩尔比为0.1~0.2%,锰原子与锌原子的原始摩尔比为0.4%~0.6%,并且加入PVP减缓化学反应速度且防止反应过程中量子点团聚;其主要发射峰能量范围为2.86~3.17eV,2.35~2.65eV,2.01~2.25eV。
2.制备权利要求1所述的可发射白色荧光的纳米材料的方法,其特征在于:具体步骤如下:
1)配制浓度为0.1M的醋酸锌溶液;
2)称取适量的乙酸锰、乙酸铜,使得锰和锌的摩尔比约为0.4%~0.6%,铜和锌的摩尔比约为0.1%~0.2%;
3)将上述所配得的混合溶液使用磁力搅拌器,在常温下剧烈搅拌1~2个小时;
4)称取适量的PVP,将其加入上述的混合溶液,继续磁力搅拌1~2个小时;
5)用醋酸调节混合溶液的pH值为4~6,继续搅拌0.5~1个小时;
6)配制浓度为0.1M的硫化钠溶液,然后将其逐滴加入到步骤5)中的混合溶液,在整个滴加过程中不断地使用磁力搅拌,直至滴加完毕;
7)将所制备的水溶液样品,采用旋转涂覆法,使其在清洗干净的ITO玻璃衬底上成膜;转速800~1200rpm,成膜时间为15~30s;完成后将样品放在60~100℃的烘箱内烘干,时间为2~6小时,获得产品。
3.根据权利要求2所述的可发射白色荧光的纳米材料的制备方法,其特征
在于:步骤4)中加入PVP的量是:PVP与锌原子的摩尔比为0.015∶1~0.07∶1。
4.根据权利要求2所述的可发射白色荧光的纳米材料的制备方法,其特征在于:步骤6)中,所述的滴加速度为2~3mL/min。
5.根据权利要求2所述的可发射白色荧光的纳米材料的制备方法,其特征在于:所使用的溶剂均是去离子水与无水乙醇的混合溶液,且去离子水与乙醇的体积比为3∶1~5∶1。
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