CN109400641B - 胶体量子点改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种胶体量子点改性方法，包括：制备胶体量子点，胶体量子点为表面含有有机配体的钙钛矿型卤化物量子点，且有机配体碳链中含有不饱和键；将胶体量子点涂敷于基底上；将涂敷有胶体量子点的基底置于等离子体设备中，使用等离子体对胶体量子点辐照预设时间，完成对胶体量子点的改性。其通过使用等离子体对胶体量子点辐照的方法诱导量子点表面的有机配体发生碳碳双键聚合，聚合的有机配体可以对胶体量子点进行保护，从而提高胶体量子点的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种胶体量子点改性方法。
背景技术
半导体量子点材料，由于其优异的光学及物理性质，如量子产率高、发光波长可调及高色域等特点，在太阳能电池、发光二极管、激光、探测器、背光显示等领域发挥着广阔的应用。量子点材料是纳米科学与纳米科技的重要材料，对众多领域的发展起着重要的作用。量子点一般包括内核与表面配体，其中，表面配体起钝化量子点表面缺陷、促进量子点分散、提供空间位阻等作用。
钙钛矿量子点是一种新型纳米材料，属于钙钛矿结构，钙钛矿量子点的可溶液加工性、低成本和可大规模生产的特性使其优于多数传统的Ⅱ-Ⅵ或Ⅲ-Ⅴ族量子点材料。经过短短几年的研究与发展，钙钛矿量子点在众多领域展现出巨大的应用价值。但该材料的稳定性较差，易受水、氧、光照及热的影响而发生团聚、分解或结构转变，从而导致材料性能的下降及后续加工性能变差。目前，可以使用包覆的方法提高钙钛矿量子点的稳定性，如在钙钛矿量子点中嵌入二氧化硅多孔筛、聚苯乙烯等物质；也可以通过在钙钛矿量子点表面沉积氧化铝的方式提高材料的稳定性。但这两种方法都存在部分限制，如包覆后的钙钛矿量子点难以进行精细加工，导电性不佳等。
发明内容
本发明的目的是提供一种胶体量子点改性方法，有效解决了现有技术中钙钛矿型卤化物量子点在使用过程中不稳定的技术问题。
本发明提供的技术方案如下：
一种胶体量子点改性方法，包括：
制备胶体量子点，所述胶体量子点为表面含有有机配体的钙钛矿型卤化物量子点，且所述有机配体碳链中含有不饱和键；
将所述胶体量子点涂敷于基底上；
将涂敷有胶体量子点的基底置于等离子体设备中，使用等离子体对胶体量子点辐照预设时间，完成对胶体量子点的改性。
在本技术方案中，根据有机配体所需的聚合程度来调整等离子体的电离度及等离子体对量子点的辐照时间。
进一步优选地，所述不饱和建为碳碳双键。
进一步优选地，在等离子体设备中，使用氮气和/或氩气作为等离子源，对胶体量子点进行辐照。
进一步优选地，在等离子体设备中，在温度为0~80℃的环境中对胶体量子点进行等离子体辐照。
进一步优选地，所述基底为玻璃基底或硅衬底或由柔性有机材料制备的基底。
在本发明提供的胶体量子点改性方法中，通过使用等离子体对胶体量子点辐照的方法诱导量子点表面的有机配体发生碳碳双键聚合，聚合的有机配体可以对胶体量子点形成一种自包覆，从而提高胶体量子点的稳定性，包括提高胶体量子点对水、氧、光照及热的抵抗力，实现对胶体量子点材料的改性；此外，有机配体聚合后，排列更加有序，促进载流子的传输，从而大大提高了量子点器件的性能；最后，该改性方法操作简单，成本低廉，且通用性强，既可适用于表面有机配体含碳碳双键的量子点材料，对其他材料有机配体的等离子体诱导聚合也有一定的借鉴作用，可大规模应用。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及实现方式予以进一步说明。
图1为本发明中胶体量子点改性方法流程示意图；
图2为本发明实例1中等离子体诱导量子点表面配体聚合的原理示意图；
图3为本发明实例1中等离子体处理量子点样品前后的红外图谱；
图4为本发明实例1中等离子体处理后钙钛矿量子点水稳定性增强的紫外荧光图。
具体实施方式
下面结合附图和实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。
由于钙钛矿量子点的高比表面积及配体的有机物特性，导致其活性高，稳定性不佳，本发明提供了一种胶体量子点改性方法，通过使用等离子体对胶体量子点辐照的方法诱导量子点表面的有机配体发生碳碳双键聚合，聚合的有机配体可以对胶体量子点进行保护，从而提高胶体量子点的稳定性。如图1所示，在该改性方法中包括：
S1 制备胶体量子点，胶体量子点为表面含有有机配体的钙钛矿型卤化物量子点，且有机配体碳链中含有不饱和键；
S2 将胶体量子点涂敷于基底上；
S3 将涂敷有胶体量子点的基底置于等离子体设备中，使用等离子体对胶体量子点辐照预设时间，完成对胶体量子点的改性。
具体，钙钛矿型卤化物量子点的化学通式为ABX3，其中，A可以为Cs、CH3NH3、NH2CH2NH3等，B可以为金属Pb、Sn等，X为Cl、Br、I中的一种或两种混合，其有机配体碳链中的不饱和键为碳碳双键（量子点包括内核和表面配体，表面配体为有机物，即上述有机配体）。基底为玻璃基底或硅衬底或由柔性有机材料制备的基底。在等离子体设备中，使用氮气和/或氩气作为等离子源，对胶体量子点进行辐照，对于等离子体的电离度及等离子体对量子点的辐照时间可根据有机配体所需的聚合程度来调整（等离子体为物质的第四态，即被电离的气体，该等离子体成分可以为N2、Ar等）；且在等离子体设备中，在温度为0~80℃的环境中对胶体量子点进行等离子体辐照。
在使用等离子体对胶体量子点进行辐照预设时间（5-60min）后，胶体量子点表面的有机配体发生碳碳双键聚合，如图2所示，聚合的有机配体可以对胶体量子点进行保护，从而提高胶体量子点的稳定性，实现发明目的。
实施例1
本实施例以CsPbBr3钙钛矿量子点为例，其表面配体为油酸和油胺，油酸和油胺为长链有机物，在碳氢链的中间含一个碳碳双键。如图1所示流程，对CsPbBr3钙钛矿量子点进行改性处理：
1.1 将制备的CsPbBr3钙钛矿量子点通过匀胶机旋转涂布于玻璃基底上；
1.2 将涂布有CsPbBr3钙钛矿量子点的玻璃基底置于等离子体设备中，用氮气作等离子源，激发氮气使气体电离，让等离子体与样品接触；
1.3 25℃下，使用等离子体辐照样品30 min（分钟），使得CsPbBr3钙钛矿量子点表面的配体油酸和油胺发生碳碳双键聚合，其效果如图2和图3所示，完成对CsPbBr3钙钛矿量子点的改性。从图3处理前后红外吸收谱对比可以看出，等离子体处理后的CsPbBr3钙钛矿量子点中的C=C双键消失，证明发生了聚合。结束后，从等离子体设备中取出样品。
经测试，本实施例所得到的表面配体发生聚合的CsPbBr3钙钛矿量子点样品形貌良好，对水、氧及光照的抵抗性增强，量子点材料稳定性明显提升，效果如图4所示，从图中可以看出，未处理的CsPbBr3钙钛矿量子点在水中10分钟就完全分解，而等离子处理后CsPbBr3钙钛矿量子点100小时仍然完整。
实施例2
本实施例以CsPbI3钙钛矿量子点为例，其表面配体为油酸和十二胺，在油酸的碳氢链中间含一个碳碳双键。在对CsPbI3钙钛矿量子点进行改性的过程中：
2.1 将制备的CsPbI3钙钛矿量子点通过刮涂的方法置于柔性PET（PolyethyleneTerephthalate，聚对苯二甲酸类塑料）基底上；
2.2 将涂布有CsPbI3钙钛矿量子点的PET基底置于等离子体设备中，用氩气作等离子源，激发氩气使气体电离，让等离子体与样品接触；
2.3 使用等离子体辐照样品20 min，使得CsPbI3钙钛矿量子点表面的配体油酸发生碳碳双键聚合，完成对CsPbI3钙钛矿量子点的改性。结束后，从等离子体设备中取出样品。
经测试，本实施例所得到的表面配体发生聚合的CsPbI3钙钛矿量子点样品形貌良好，对水、氧及光照的抵抗性增强，量子点材料稳定性明显提升。
实施例3
本实施例以CdSe量子点为例，其表面配体为油酸和油胺，油酸和油胺为长链有机物，在碳氢链的中间含一个碳碳双键。在对CdSe钙钛矿量子点进行改性的过程中：
3.1 将制备的CdSe量子点涂敷在玻璃基底上；
3.2 将涂敷有CdSe量子点的玻璃基底置于等离子体设备中，用氩气作等离子源，激发氩气使气体电离，让等离子体与样品接触；
3.3 使用等离子体辐照样品30 min，使得CdSe量子点表面的配体油酸和油胺发生碳碳双键聚合，完成对CdSe量子点的改性。结束后，从等离子体设备中取出样品。
经测试，本实施例所得到的表面配体发生聚合的CdSe量子点样品形貌良好，对水、氧及光照的抵抗性增强，量子点材料稳定性明显提升。
实施例4
本实施例以MAPbBr1.5I1.5钙钛矿量子点为例，其表面配体为油酸和辛胺，在油酸的碳氢链中间含一个碳碳双键。在对MAPbBr1.5I1.5钙钛矿量子点进行改性的过程中：
4.1 将制备的MAPbBr1.5I1.5钙钛矿量子点通过原位制备的方法制备在玻璃基底上；
4.2 将制备由MAPbBr1.5I1.5钙钛矿量子点的玻璃基底置于等离子体设备中，用氩气作等离子源，激发氩气使气体电离，让等离子体与样品接触；
4.3 使用等离子体辐照样品20 min，使得MAPbBr1.5I1.5钙钛矿量子点表面的配体油酸发生碳碳双键聚合，完成对MAPbBr1.5I1.5钙钛矿量子点的改性。结束后，从等离子体设备中取出样品。
经测试，本实施例所得到的表面配体发生聚合的MAPbBr3钙钛矿量子点样品形貌良好，对水、氧及光照的抵抗性增强，钙钛矿量子点材料稳定性明显提升。
实施例5
本实施例以PbS量子点为例，其表面配体为油酸，在油酸的碳氢链中间含一个碳碳双键。在对PbS量子点进行改性的过程中：
5.1 将制备的PbS量子点涂敷在硅基底上；
5.2 将涂敷有PbS量子点的硅基底置于等离子体设备中，用氩气作等离子源，激发氩气使气体电离，让等离子体与样品接触；
5.3 80℃下，使用等离子体辐照样品30 min，使得PbS量子点表面的配体油酸发生碳碳双键聚合，完成对PbS量子点的改性。结束后，从等离子体设备中取出样品。
经测试，本实施例所得到的表面配体发生聚合的PbS量子点样品形貌良好，对水、氧及光照的抵抗性增强，量子点材料稳定性明显提升。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。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 (4)
1.一种胶体量子点改性方法，其特征在于，所述改性方法中包括：
制备胶体量子点，所述胶体量子点为表面含有有机配体的钙钛矿型卤化物量子点，且所述有机配体碳链中含有不饱和键；所述不饱和建为碳碳双键；有机配体中包含油酸；
将所述胶体量子点涂敷于基底上；
将涂敷有胶体量子点的基底置于等离子体设备中，使用等离子体对胶体量子点辐照预设时间，完成对胶体量子点的改性。
2.如权利要求1所述的改性方法，其特征在于，在等离子体设备中，使用氮气和/或氩气作为等离子源，对胶体量子点进行辐照。
3.如权利要求1或2所述的改性方法，其特征在于，在等离子体设备中，在温度为0～80℃的环境中对胶体量子点进行等离子体辐照。
4.如权利要求1或2所述的改性方法，其特征在于，所述基底为玻璃基底或硅衬底或由柔性有机材料制备的基底。
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