CN103525398B - 一种量子点复合颗粒及其制备方法、光电元件和光电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种量子点复合颗粒及其制备方法，光电元件和光电设备，涉及量子点技术领域，可以极大地提高量子点的荧光发光效率。所述量子点复合颗粒的制备方法，包括：将二氧化硅包覆在金属纳米颗粒表面；对表面包覆有二氧化硅的金属纳米颗粒进行氨化改性，使所述二氧化硅表面带上氨基官能团；将表面带有羧基官能团修饰的量子点与氨化的表面包覆有二氧化硅的金属纳米颗粒结合，制备完成量子点复合颗粒。

Description

一种量子点复合颗粒及其制备方法、光电元件和光电设备
技术领域
本发明涉及量子点技术领域，尤其涉及一种量子点复合颗粒及其制备方法、光电元件和光电设备。
背景技术
量子点(quantumdots)，又称半导体纳米晶体，作为一种新型的纳米荧光材料，它与传统的有机荧光染料相比有着很多的优点，例如很宽的激发光谱、较窄且对称的发射光谱、荧光强度高等优点。这些优点使量子点在显示领域有着非常重要的应用。但是，在实际的应用中，量子点尤其是蓝光量子点的发光效率很低。
发明内容
本发明的实施例提供一种量子点复合颗粒及其制备方法、光电元件和光电设备，可以极大地提高量子点的荧光发光效率。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种量子点复合颗粒的制备方法，包括：
将二氧化硅包覆在金属纳米颗粒表面；
对表面包覆有二氧化硅的金属纳米颗粒进行氨化改性，使所述二氧化硅表面带上氨基官能团；
将表面带有羧基官能团修饰的量子点与氨化的表面包覆有二氧化硅的金属纳米颗粒结合，制备完成量子点复合颗粒。
可选的，所述将二氧化硅包覆在金属纳米颗粒的表面，包括：
利用溶胶-凝胶法将二氧化硅包覆在金属纳米颗粒的表面。
可选的，所述对表面包覆有二氧化硅的金属纳米颗粒进行氨化改性，使所述二氧化硅表面带上氨基官能团，包括：
用带氨基的偶联剂对表面包覆有二氧化硅的金属纳米颗粒进行氨化改性，使所述二氧化硅表面带上氨基官能团
可选的，将表面带有羧基官能团修饰的量子点与氨化的表面包覆有二氧化硅的金属纳米颗粒结合，制备完成量子点复合颗粒，包括：
利用EDC的化学偶联作用，将表面带有羧基官能团修饰的量子点与氨化的表面包覆有二氧化硅的金属纳米颗粒结合，制备完成量子点复合颗粒。
可选的，所述金属纳米颗粒包括Ag、Au、Cu、Al、Zn、Cr或Pt纳米颗粒。
可选的，所述带氨基的偶联剂包括：带氨基的硅烷偶联剂；
其中，所述带氨基的硅烷偶联剂包括：单氨基硅烷偶联剂、双氨基硅烷偶联剂和三氨基硅烷偶联剂中的至少一种。
可选的，所述量子点中包括II－VI族元素化合物或III－V族元素化合物。
一种量子点复合颗粒，包括：金属纳米颗粒；包覆在所述金属纳米颗粒表面的带有氨基官能团的二氧化硅；结合在所述二氧化硅上的带有羧基官能团修饰的量子点。
可选的，所述二氧化硅的厚度为5-20nm。
一种光电元件，包括上述的量子点复合颗粒。
一种光电设备，包括上述的光电元件。
本发明实施例提供的量子点复合颗粒及其制备方法、光电元件和光电设备，通过将量子点结合在二氧化硅包覆的金属纳米颗粒上，所述二氧化硅的厚度可以用来调整所述量子点与所述金属纳米颗粒之间的距离，使所述量子点在所述金属纳米颗粒附近的合适距离内，这样利用金属纳米颗粒内部的等离子体共振作用，就可以使量子点的辐射衰减率增加，提高所述量子点的发光效率，
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种量子点复合颗粒制备方法的流程示意图；
图2为本发明制备的利用银纳米颗粒增强荧光发光效率的蓝光量子点复合颗粒与现有技术中的蓝光量子点的光致发光图谱对比图；
图3为本发明实施例提供的一种量子点复合颗粒的结构示意图。
附图标记：
11-金属纳米颗粒，12-二氧化硅，13-量子点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明实施例提供了一种量子点复合颗粒的制备方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
S1、将二氧化硅包覆在金属纳米颗粒表面。
在这里，可以利用溶胶-凝胶法将二氧化硅包覆在金属纳米颗粒的表面。
S2、对表面包覆有二氧化硅的金属纳米颗粒进行氨化改性，使所述二氧化硅表面带上氨基官能团。
可选的，可以用带氨基的偶联剂对表面包覆有二氧化硅的金属纳米颗粒进行氨化改性，使所述二氧化硅表面带上氨基官能团。
可选的，所述带氨基的偶联剂可以是带氨基的硅烷偶联剂；所述带氨基的硅烷偶联剂包括：单氨基硅烷偶联剂、双氨基硅烷偶联剂和三氨基硅烷偶联剂中的至少一种。即所述带氨基的硅烷偶联剂可以只包括单氨基硅烷偶联剂，也可以包括单氨基硅烷偶联剂和双氨基硅烷偶联剂的混合物。
S3、将表面带有羧基官能团修饰的量子点与氨化的表面包覆有二氧化硅的金属纳米颗粒结合，制备完成量子点复合颗粒。
可选的，可以利用EDC（1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐）的化学偶联作用，将表面带有羧基官能团修饰的量子点与氨化的表面包覆有二氧化硅的金属纳米颗粒结合，制备完成量子点复合颗粒。
EDC是个可溶于水的碳二亚胺，在酰胺合成中用作羧基的活化试剂，通过EDC可以提高带羧基的量子点与氨化二氧化硅的偶联效率。
所述量子点中包括II-Vl族元素化合物或III-V族元素化合物组成的纳米颗粒。其中由II－VI族元素化合物组成的纳米颗粒为由II族元素Zn,Cd,Hg和Ⅵ族元素S,Se,Te所形成的化合物半导体材料，II-VI族元素化合物的表示式为A(II)B(VI),即ZnS，ZnSe，ZnTe，CdS，CdSe，CdTe，HgS，HgSe和HgTe；由III－V族元素化合物组成的纳米颗粒为由III族的B，Al，Ga，In和V族的N，P，As，Sb形成的化合物半导体材料，III-V族元素化合物的表示式为A(III)B(V),如BN，BP，BAs，BSb，AlN，AlP，AlAs，AlSb，GaN，GaP，GaAs，GaSb，InAs，InN，InP和InSb，所述量子点可以为上述量子点中的一种。
表面带有羧基官能团修饰的量子点可以是应用现有工艺制备出的，方法之一是采用多磷酸盐或者巯基化合物作为稳定剂，应用水相直接合成法合成量子点。例如：采用多磷酸盐或者巯基化合物作为稳定剂，利用含Se或Te的化合物与Cd2+在水溶液中的反应制备出羧基官能团修饰的量子点。也可以是直接购买的羧基官能团修饰的量子点（例如：CdS量子点，牌号JNS-QD04-550，南京捷纳思新材料有限公司）。
可选的，所述金属纳米颗粒包括Ag、Au、Cu、Al、Zn、Cr或Pt纳米颗粒。金属纳米颗粒内部的等离子体共振作用，可以使其表面附近荧光物质的荧光强度显著增强，这一现象称为金属增强荧光。当金属纳米颗粒出现在荧光物质辐射能量的范围内时，该金属纳米颗粒的等离子体共振电磁场，可以改变它周围辐射介质对荧光的衰减率，从而增加共振能量转移的程度。这样将荧光物质置于金属纳米颗粒附近合适的距离时，金属纳米颗粒的存在就会引起荧光物质总辐射衰减率增加，提高其荧光量子产率，使其荧光强度显著增强。
在本发明实施例中，所述的金属纳米颗粒的选择主要取决于金属纳米颗粒表面或附近的荧光物质的发光区域。比如Ag,Au，Cu纳米粒子常用于增强可见-近红外区荧光分子的荧光强度；Al常用于紫外-蓝光区荧光分子的荧光强度；Zn用于蓝-红光区荧光分子的荧光强度；Cr用于发光区在510-620nm的发光分子的荧光强度；Pt用于增强绿-红光区荧光分子的荧光强度。
在本发明实施例中，由于在所述金属纳米颗粒表面包覆有二氧化硅，所以所述量子点与所述金属纳米颗粒之间有一定的距离，所述金属纳米颗粒出现在量子点的辐射能量的范围内，这样所述金属纳米颗粒内部的等离子体共振作用就可以增强所述量子点的荧光强度，极大地提高量子点的荧光发光效率。
可选的，包覆在所述金属纳米颗粒表面的二氧化硅的厚度可以为5-20nm；进一步可选的，包覆在所述金属纳米颗粒表面的二氧化硅的厚度可以为10-15nm，此时制作完成的量子点复合颗粒的荧光发光效率增强了1.2-1.8倍。实验表明，当包覆在所述金属纳米颗粒表面的二氧化硅的厚度为10nm时，制作完成的量子点复合颗粒的荧光发光效率最好，增强了1.8倍。
可选的，所述量子点的发射波长为452-670nm，这种量子点为蓝光电子点，例如：ZnS，CaZnS，CdSe等蓝光量子点。本领域技术人员都清楚了解的，蓝光量子点的荧光发光效率最低，而本发明实施例提供的制备方法可以很好地提高蓝光量子点的荧光发光效率。
蓝光为可见光，蓝光量子点可以选用Ag,Au，Cu，Al，Zn等金属纳米颗粒来增强其荧光发光效率，下面以应用银纳米颗粒增强蓝光量子点CdSe为实施例做进一步阐述，以下实施方式仅限于说明本发明而非用于限制本发明。
步骤1、将二氧化硅包覆在银纳米颗粒表面
取30mL银纳米颗粒的水溶液放入到一个250mL的圆底烧瓶中，向其中加入100mL的乙醇，室温下充分搅拌直至混合均匀。向烧瓶中加入2mL氨水，接着每隔20min，将3mL100mMTEOS的乙醇溶液分6次等量地加入到烧瓶中，以确保生成的二氧化硅包覆的银纳米颗粒的粒径较为均匀。继续搅拌8个小时，使之充分反应，得到二氧化硅包覆的银纳米颗粒。
步骤2、使所述二氧化硅表面带上氨基官能团
取20mL步骤1中获得的二氧化硅包覆的银纳米颗粒溶液，倒入一个50mL的圆底烧瓶，剧烈搅拌。向其中加入200μL氨基硅烷偶联剂，室温下反应12小时，得到表面带有氨基官能团的二氧化硅包覆的银纳米颗粒。
步骤3、完成量子点复合颗粒的制备
将6mL表面带有氨基官能团的二氧化硅包覆的银纳米颗粒的水溶液倒入一个50mL的圆底烧瓶中，剧烈搅拌。向溶液中加入氨水溶液，直至溶液的pH值到7.0，再向溶液中加入150μL、0.2M的磷酸（PBS）缓冲液以稳定pH值。接着向溶液中加入100μL表面带有羧基官能团修饰的蓝光量子点以及含有3×10-5gEDC的水溶液，在室温下继续反应30分钟，得到本发明提供的利用银纳米颗粒增强荧光发光效率的量子点复合颗粒。
如图2所示，为本发明制备的利用银纳米颗粒增强荧光发光效率的蓝光量子点复合颗粒与现有技术中的蓝光量子点的光致发光对比图谱，由图2可以看出，在同一波长的光的照射下，本发明制备的蓝光量子点复合颗粒的荧光强度越高，即其荧光发光效率的越高。
本发明实施例还提供了由上述方法制备获得的一种量子点复合颗粒，如图3所示，所述量子点复合颗粒包括：金属纳米颗粒11；包覆在所述金属纳米颗粒11表面的二氧化硅12；结合在所述二氧化硅12上的量子点13。
可选的，所述二氧化硅的厚度为5-20nm。进一步可选的，所述二氧化硅的厚度为10-15nm。
本发明实施例还提供了包括上述量子点复合颗粒的光电元件，所述光电元件可以是：量子点薄膜、彩膜、背光源、偏光片、发光层和光电转换器件等。
本发明实施例还提供了一种光电设备，包括上述使用量子点复合颗粒的光电元件，光电设备可以是：照明装置，液晶显示面板、电子纸、OLED（OrganicElectroluminesenceDisplay，有机电致发光显示）面板、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有照明或显示功能的产品或部件等。
可选的，所述量子点复合颗粒具有电致发光的性能，可以用来制作光电转换器件。
也就是说，可以应用上述的量子点复合颗粒来制作量子点薄膜，甚至液晶显示装置中的彩膜或背光源；示例的，可以应用发蓝光的量子点复合颗粒来制作蓝色彩膜，当然也可以应用发红光和绿光的量子点复合颗粒分别来制作红色彩膜和绿色彩膜。或者，还可以应用量子点复合颗粒来制作形成白光，做为液晶显示装置中的背光源中的光源。
可选的，也可以应用上述的量子点复合颗粒来制作OLED装置中的发光层，可以将所述量子点复合颗粒制作成发红绿蓝光的发光层。
或者，还可以应用上述的量子点复合颗粒来制作照明设备，可以掺杂发各种光的多种量子点复合颗粒，最终复合出发白光的物质，用于照明。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种量子点复合颗粒的制备方法，其特征在于，包括：
将二氧化硅包覆在金属纳米颗粒表面；
对表面包覆有二氧化硅的金属纳米颗粒进行氨化改性，使所述二氧化硅表面带上氨基官能团；
将表面带有羧基官能团修饰的量子点与氨化的表面包覆有二氧化硅的金属纳米颗粒结合，制备完成量子点复合颗粒；所述表面带有羧基官能团修饰的量子点采用多磷酸盐或者巯基化合物作为稳定剂，应用水相直接合成法合成；
其中，所述金属纳米颗粒包括Al、Zn、Cr或Pt纳米颗粒；
所述二氧化硅的厚度为10-15nm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将二氧化硅包覆在金属纳米颗粒的表面，包括：
利用溶胶-凝胶法将二氧化硅包覆在金属纳米颗粒的表面。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对表面包覆有二氧化硅的金属纳米颗粒进行氨化改性，使所述二氧化硅表面带上氨基官能团，包括：
用带氨基的偶联剂对表面包覆有二氧化硅的金属纳米颗粒进行氨化改性，使所述二氧化硅表面带上氨基官能团。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将表面带有羧基官能团修饰的量子点与氨化的表面包覆有二氧化硅的金属纳米颗粒结合，制备完成量子点复合颗粒，包括：
利用EDC的化学偶联作用，将表面带有羧基官能团修饰的量子点与氨化的表面包覆有二氧化硅的金属纳米颗粒结合，制备完成量子点复合颗粒。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述带氨基的偶联剂包括：带氨基的硅烷偶联剂；
其中，所述带氨基的硅烷偶联剂包括：单氨基硅烷偶联剂、双氨基硅烷偶联剂和三氨基硅烷偶联剂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述量子点中包括II－VI族元素化合物或III－V族元素化合物。
7.一种量子点复合颗粒，其特征在于，包括：
金属纳米颗粒；
包覆在所述金属纳米颗粒表面的带有氨基官能团的二氧化硅；
结合在所述二氧化硅上的带有羧基官能团修饰的量子点；所述带有羧基官能团修饰的量子点采用多磷酸盐或者巯基化合物作为稳定剂，应用水相直接合成法合成；
其中，所述金属纳米颗粒包括Al、Zn、Cr或Pt纳米颗粒；
所述二氧化硅的厚度为10-15nm。
8.一种光电元件，其特征在于，包括权利要求7所述的量子点复合颗粒。
9.一种光电设备，其特征在于，包括权利要求8所述的光电元件。
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