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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