CN104312580B - 一种大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的制备方法 - Google Patents

一种大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104312580B
CN104312580B CN201410462080.2A CN201410462080A CN104312580B CN 104312580 B CN104312580 B CN 104312580B CN 201410462080 A CN201410462080 A CN 201410462080A CN 104312580 B CN104312580 B CN 104312580B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nanocrystal
zns
preparation
minutes
cds
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201410462080.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104312580A (zh
Inventor
张家雨
许瑞林
黄博
肖菱子
高小钦
廖晨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201410462080.2A priority Critical patent/CN104312580B/zh
Publication of CN104312580A publication Critical patent/CN104312580A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104312580B publication Critical patent/CN104312580B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Landscapes

  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的快速制备方法，所述纳米晶体先制备核CdS:Mn和ZnS薄壳层，经过提纯后，再快速包覆ZnS厚壳层。本发明的大尺寸掺杂核壳结构纳米晶体的制备方法，可以迅速提高环保材料ZnS壳层的厚度而制备出大尺寸纳米晶体，大大增强纳米晶体的稳定性，延长了纳米晶体光电器件的寿命，而且无重金属，环保安全；本发明的制作工艺简单、效率高、成本低；使得纳米晶体技术向工业化生产迈出了坚实的一步。

Description

一种大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的快速制备方法；该方法增强了纳米晶体的稳定性，有望实现半导体纳米晶体在白光LED上的应用。
背景技术
半导体纳米材料的重要特征之一是具有大的比表面积，处在表面的原子需要适当的配体来保护，否则易形成非辐射复合中心，降低半导体纳米颗粒的量子产率。一种纳米颗粒的表面保护方法是在其表面包覆一层宽禁带半导体壳层。显然壳层的厚度越厚，其对纳米核的保护效果可能就越大。
目前在半导体纳米晶核上包覆宽禁带材料通常采用连续离子层吸附与反应(SILAR)技术，这可以准确地控制壳层的个数，然而却花费了大量的时间(每层近半小时)。为了减少生长缺陷，提高光学性能，每层甚至可能要退火3、4小时。这些大大限制了纳米晶体材料的应用。宽禁带材料(如ZnS和SiO2)的包覆可以很好地保护纳米晶体，提高其稳定性；通常包覆后尺寸越大，稳定性越好。最近有快速包覆CdS的方法，然而由于其含有重金属Cd使得其应用范围受限。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能够缩短了制备时间、降低了制备成本、提高成品稳定性的大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的快速制备方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的制备方法，所述纳米晶体先制备核CdS:Mn和ZnS薄壳层，经过提纯后，再快速包覆ZnS厚壳层。
上述具体步骤：
(1)制备掺杂半导体纳米晶体CdS:Mn：利用CdO和过量硬脂酸制备硬脂酸镉，在制备好的硬脂酸镉中加入硬脂酸锰和过量的S前驱体，制备掺杂纳米晶体CdS:Mn；
(2)制备掺杂半导体纳米晶体CdS:Mn包覆ZnS薄壳层：在步骤(1)中制备的晶体加热至260℃时，先注入油胺，后滴注Zn前驱体，退火10分钟，制备CdS:Mn/ZnS；ZnS壳层数常控制为1—3；
(3)提纯制备好的纳米晶体CdS:Mn/ZnS；
(4)对步骤(3)所得的纳米晶体实施ZnS厚壳层的快速制备。
进一步地，所述步骤(4)中的S前驱体配备过程为：S的摩尔量为Zn的摩尔量的3倍，溶于适量的TOP。
进一步地，所述步骤(4)中的Zn前驱体配备过程为：ZnO与OA的摩尔比为0.1～0.3，溶于TOPO；加热至350—365℃，保持3—10分钟至溶液澄清透明。
进一步地，所述步骤(3)提纯步骤为：将步骤(2)中的制备CdS:Mn/ZnS，在60℃先通过加入甲醇原位萃取有机物，反复4次左右；然后加入3倍体积的丙酮在60℃水温中加热10分钟；最后设定4000r/s离心10分钟，最终的纳米晶体可以溶于TOP。
进一步地，所述ZnS厚壳层的快速制备过程如下：首先在三颈烧瓶中Ar气环境下将Zn前驱体ZnO、OA和TOPO在100—120℃下搅拌除气40—60分钟；设定350—365℃加热至乳白色溶液变透明；注入纳米晶体和S溶于TOP的混合溶液，设定330℃，生长3—10分钟。
进一步地，所述步骤(2)中ZnS薄壳层数常控制为1—3，通过Zn与Cd的摩尔比为0.4—1.6，生长时间控制为10分钟来达到。
进一步地，所述步骤(4)中制备好的纳米晶体溶液通过加入丙酮和甲醇来离心提纯，具体步骤是：
(1)配置纳米晶体溶液、丙酮和甲醇的混合溶液，其相应体积比2:6:1；
(2)摇匀上述配置溶液；设定水浴锅水温60℃，加热15分钟；
(3)进行离心，离心机转速4000r/s，时间10分钟；
(4)离心结束，倒去溶液；底部沉淀溶于正己烷或者甲苯，即得到所制备的纳米晶溶液。
上述的大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的制备方法所得产品的在白光LED上的应用，在蓝光LED晶片上涂抹本专利实施所得的纳米晶产品(发出黄色的荧光)；利用LED晶片所发出的部分蓝光激发所涂抹的纳米晶，使其发出黄色的光，黄光与剩余的蓝光混合形成白光；调节纳米晶的涂抹用量，可以调节白光略带黄色光晕或者蓝色光晕的程度。本产品的稳定性避免了白光LED使用过程中光向蓝色漂移。
在上述制备CdS:Mn/ZnS掺杂半导体纳米晶体时，通过控制ZnO和OA的相对含量来控制纳米晶体的形状和大小；上述提纯好的CdS:Mn/ZnS纳米晶体直接溶于TOP并和溶有S的TOP混在一起，然后一起注入，这样可以让反应更均匀，而且在纳米晶体进入三颈烧瓶中溶液后就可以开始生长，避免了纳米晶体单独在高温溶液中加热时间过长而降低量子产率。
在本发明中，环保宽禁带材料ZnS快速包覆制备大尺寸纳米晶体的方法，以提高纳米晶体的稳定性从而实现相关纳米晶体技术应用的可能。纳米晶体壳层的生长通常涉及到配体、浓度和各材料配比。改变配体可以得到不同形状的纳米晶体，比如磷酸和油酸；改变各材料的配比可以得到不同形状和大小的纳米晶体；同等时间条件下改变浓度可以改变纳米晶体的大小。另外高的生长温度可以在高浓度下晶体生长时提高结晶性，从而在短时间内得到高质量的纳米晶体。
在掺杂半导体纳米晶体中，外部激发光由半导体基质吸收，在纳米晶体中形成激子，该激子将能量传递给杂质，荧光由杂质激发态复合而产生，因此与非掺杂半导体纳米晶体相比掺杂半导体纳米晶体有很大的Stoke位移，能有效地避免自吸收，在白光LED照明领域有着重要应用价值。
有益效果：本发明相对于现有技术而言，本发明的大尺寸掺杂核壳结构纳米晶体的制备方法，可以迅速提高环保材料ZnS壳层的厚度而制备出大尺寸纳米晶体，大大增强纳米晶体的稳定性，延长了纳米晶体光电器件的寿命，而且无重金属，环保安全；本发明的制作工艺简单、效率高、成本低；使得纳米晶体技术向工业化生产迈出了坚实的一步。
附图说明
图1为实施例一所得CdS:Mn/ZnS半导体纳米晶体的吸收光谱和荧光谱：虚线为吸收光谱，实线为荧光谱。
图2为未实施厚壳层制备(ZnS壳层厚度仅为1nm)和实施了厚壳层的快速制备(实施例二所得，ZnS壳层厚度为5nm)的CdS:Mn/ZnS纳米晶体的强紫外退化实验(紫外灯功率为1KW)。
图3为未实施厚壳层制备和实施例一所得的CdS:Mn/ZnS纳米晶体的透射电子显微镜图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
实施例一：
一种大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的制备方法的具体步骤：
(1)制备掺杂半导体纳米晶体CdS:Mn：利用0.39gCdO和过量3.408g硬脂酸制备硬脂酸镉，在制备好的硬脂酸镉中加入0.09g硬脂酸锰、0.48gS粉和100mlODE(十八烯)，制备掺杂纳米晶体CdS:Mn；
(2)制备掺杂半导体纳米晶体CdS:Mn包覆ZnS薄壳层：然后在步骤(1)中制备的晶体加热至260℃时，先注入10ml油胺，后滴注Zn前驱体(1g硬脂酸锌溶于7.5mlODE)，退火10分钟；
(3)提纯制备好的纳米晶体CdS:Mn/ZnS：先通过加入甲醇原位萃取有机物(温度维持在60℃)，反复4次左右；然后通过加入3倍体积的丙酮在60℃水温中加热10分钟；最后设定4000r/s离心10分钟，最终的纳米晶体可以溶于TOP。
(4)ZnS厚壳层的快速制备：
首先在三颈烧瓶中Ar气环境下将Zn前驱体ZnO(3mmol)、OA(15mmol)和TOPO(4g)在一定温度(110℃)下搅拌除气一定时间(60分钟)；设定360℃加热至乳白色溶液变透明；注入纳米晶体(90nmol)和S(6mmol)溶于TOP(3.5ml)的混合溶液，设定330℃，生长3分钟。其中可以控制ZnO的用量来控制纳米晶体的壳层厚度和形状；另外不在过高的高温下来生长ZnS壳层，可以减小ZnS的单独成核。
实施例二：
步骤(1)至步骤(3)相同，步骤(4)如下：
首先在三颈烧瓶中Ar气环境下将Zn前驱体3mmolZnO、15mmolOA和4gTOPO在110℃温度下搅拌除气60分钟时间；设定360℃加热至乳白色溶液变透明；注入90nmol纳米晶体和9mmolS溶于3.5mlTOP的混合溶液，设定330℃，生长6分钟。
实施例三：
步骤(1)至步骤步骤(3)相同，步骤(4)如下：
首先在三颈烧瓶中Ar气环境下将Zn前驱体2mmolZnO、10mmolOA和4gTOPO在110℃温度下搅拌除气50分钟时间；设定363℃加热至乳白色溶液变透明；注入45nmol纳米晶体和3mmolS溶于3.5mlTOP的混合溶液，设定330℃，生长6分钟。
如图3所示，通过实施例一制备得到的纳米晶体的电子显微镜图，对其进行吸光光谱测试，如图1所示，实施例一所得的CdS:Mn/ZnS半导体纳米晶体的吸收光谱图，荧光谱：虚线为吸收光谱，实线为荧光谱。对实施例二(在实施例一基础上增加3分钟的生长和熟化来进一步实施优化)进行强紫外退化实验，如图2所示，I/I0表示发光强度与初始发光强度的比值，从中可以看出包覆较厚ZnS壳层的纳米晶体具有很强的稳定性，有望实现半导体纳米晶体在白光LED上的应用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的制备方法，其特征在于：所述纳米晶体先制备核CdS:Mn和ZnS薄壳层，经过提纯后，再快速包覆ZnS厚壳层；
包括如下具体步骤：
(1)制备掺杂半导体纳米晶体CdS:Mn：利用CdO和过量硬脂酸制备硬脂酸镉，在制备好的硬脂酸镉中加入硬脂酸锰和过量的S前驱体，制备掺杂纳米晶体CdS:Mn；
(2)制备掺杂半导体纳米晶体CdS:Mn包覆ZnS薄壳层：然后在步骤(1)中制备的晶体加热至260℃时，然后注入油胺和Zn前驱体，退火10分钟，制备CdS:Mn/ZnS；
(3)提纯制备好的纳米晶体CdS:Mn/ZnS：具体步骤是：
(3.1)配置纳米晶体溶液、丙酮和甲醇的混合溶液，其相应体积比2:6:1；
(3.2)摇匀上述配置溶液；设定水浴锅水温60℃，加热15分钟；
(3.3)进行离心，离心机转速4000r/s，时间10分钟；
(3.4)离心结束，倒去溶液；底部沉淀溶于正己烷或者甲苯，即得到所制备的纳米晶溶液；
(4)对步骤(3)所得的纳米晶体实施ZnS厚壳层的快速制备，所述ZnS厚壳层的快速制备过程如下：首先在三颈烧瓶中Ar气环境下将Zn前驱体1—3mmolZnO、5—15mmolOA和4gTOPO在100—120℃温度下搅拌除气40—60分钟；设定350—365℃加热至乳白色溶液变透明；注入小于100nmolCdS:Mn/ZnS纳米晶体和3—9mmolS溶于TOP的总体积和为3.5—6ml混合溶液，设定330℃，生长3—10分钟。
2.根据权利要求1所述的大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的S前驱体配备过程为：S的摩尔量为ZnO的摩尔量的3倍，溶于TOP(三正辛基膦)。
3.根据权利要求1所述的大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的Zn前驱体配备过程为：ZnO与OA(油酸)的摩尔比为0.1—0.3，溶于TOPO(三正辛基氧膦)；加热至350—365℃，保持3—10分钟至溶液澄清透明。
4.根据权利要求1所述的大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)提纯步骤为：将步骤(2)中的制备CdS:Mn/ZnS，在60℃先通过加入甲醇原位萃取有机物，反复4次；然后加入3倍体积的丙酮在60℃水温中加热10分钟；最后设定4000r/s离心10分钟，最终的纳米晶体可以溶于TOP。
5.根据权利要求1所述的大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中ZnS薄壳层数控制为1—3，通过Zn与Cd的摩尔比为0.4—1.6，生长时间控制为10分钟来达到。
6.一种权利要求1所述的大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的制备方法所得产品在白光LED上的应用。
CN201410462080.2A 2014-09-11 2014-09-11 一种大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的制备方法 Expired - Fee Related CN104312580B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410462080.2A CN104312580B (zh) 2014-09-11 2014-09-11 一种大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410462080.2A CN104312580B (zh) 2014-09-11 2014-09-11 一种大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104312580A CN104312580A (zh) 2015-01-28
CN104312580B true CN104312580B (zh) 2016-08-03

Family

ID=52367902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410462080.2A Expired - Fee Related CN104312580B (zh) 2014-09-11 2014-09-11 一种大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104312580B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106753343A (zh) * 2016-12-27 2017-05-31 Tcl集团股份有限公司 一种有效去除量子点中残余阳离子前驱体的方法及量子点
CN107055587B (zh) * 2017-06-02 2018-11-23 南京工程学院 一种核壳结构的纳米复合金属硫化物的制备方法
CN112760091B (zh) * 2019-11-01 2022-10-11 Tcl科技集团股份有限公司 量子点的提纯方法
CN115608382A (zh) * 2022-10-24 2023-01-17 上海科技大学 一种半导体纳米晶聚集体及其制备方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101260294A (zh) * 2008-03-06 2008-09-10 河南大学 一种核壳结构纳米晶的制备方法
CN101319138A (zh) * 2008-07-10 2008-12-10 上海交通大学 CdS及CdS/ZnS核壳型量子点的制备方法
US7687800B1 (en) * 2007-11-23 2010-03-30 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Excitation band-gap tuning of dopant based quantum dots with core-inner shell-outer shell

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7687800B1 (en) * 2007-11-23 2010-03-30 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Excitation band-gap tuning of dopant based quantum dots with core-inner shell-outer shell
CN101260294A (zh) * 2008-03-06 2008-09-10 河南大学 一种核壳结构纳米晶的制备方法
CN101319138A (zh) * 2008-07-10 2008-12-10 上海交通大学 CdS及CdS/ZnS核壳型量子点的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CdS:Mn半导体纳米晶的合成、壳层修饰及其光学性质研究;翟辉;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技I辑》;20120415;B020-225 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN104312580A (zh) 2015-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2675618B1 (en) Enhancement of light emission quantum yield in treated broad spectrum nanocrystals
CN104312580B (zh) 一种大尺寸掺杂核壳结构半导体纳米晶体的制备方法
US20110223425A1 (en) Surface structures for enhancement of quantum yield in broad spectrum emission nanocrystals
KR101043311B1 (ko) ＩｎＰ 양자점 제조를 위한 전구체 Ｐ(ＳｉＭｅ2-ｔｅｒｔ-Ｂｕ)3, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 ＩｎＰ 양자점과 이의 제조방법
CN109850937B (zh) 一种硫化铅量子点荧光粉的制备方法
CN103911155B (zh) 一种发射红光的核壳量子点及其合成方法
CN112680213B (zh) 一种正硅酸乙酯包覆的钙钛矿纳米晶的制备方法
CN110951477A (zh) 一种核壳量子点及其制备方法
CN110551304A (zh) 一种铯铅卤无机钙钛矿量子点/透明高分子复合薄膜
Yang et al. Enhancing Mn emission of CsPbCl3 perovskite nanocrystals via incorporation of rubidium ions
CN112694418B (zh) 一种尺寸可控的甲脒溴基钙钛矿量子点的制备方法
CN103965866A (zh) 羧基修饰的CdSe-ZnS核壳结构量子点的制备方法
Wei et al. An effective method to prepare polymer/nanocrystal composites with tunable emission over the whole visible light range
CN110655923A (zh) 一种特定尺寸硒化镉量子点的绿色制备方法
CN112877064B (zh) 一种纯Cs4PbBr6钙钛矿量子点的制备方法及其产品
Zhang et al. Synthesis of perovskite nanocrystal films with a high luminous efficiency and an enhanced stability
KR20180097201A (ko) 금속산화막이 껍질로 형성된 연속적 결정성장 구조의 양자점 합성 방법 및 이에 의해 제조된 양자점
Cao et al. Synthesis and optical properties of Mn 2+-doped Cd–In–S colloidal nanocrystals
Feng et al. A controllable growth-doping approach to synthesize bright white-light-emitting Cd: In 2 S 3 nanocrystals
Fan et al. Effect of introducing zinc on the photoluminescence and stability of cesium lead halide perovskite materials
Yuan et al. Red-emitting carbon dots phosphors: a promising red color convertor toward warm white light emitting diodes
CN103694997B (zh) 一种合成蓝紫色发光ZnCdS/ZnS核壳结构纳米晶的方法
Liu et al. Doping of Cu (i) ions into CdS/ZnS core/shell nanocrystals through a cation exchange strategy
CN110041910B (zh) 一种核壳量子点及其制备方法、量子点光电器件
CN110564415B (zh) 一种协同增强Mn:CsPbCl3纳米晶紫外辐射稳定性和光学性能的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160803

Termination date: 20190911

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee