DE60317586T2 - Verfahren zur Herstellen eines mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikels und einmehrschichtiger Halbleiter-Nanopartikel, hergestellt durch das Verfahren - Google Patents

Verfahren zur Herstellen eines mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikels und einmehrschichtiger Halbleiter-Nanopartikel, hergestellt durch das Verfahren Download PDF

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikels, das Fluoreszenz einer engen Wellenlängenbreite emittiert, und das durch das Verfahren hergestellte mehrschichtige Halbleiter-Nanopartikel.
  • 2. Hintergrund der Erfindung
  • Halbleiter-Nanopartikel einer Korngröße von 10 nm oder weniger befinden sich in der Übergangsregion zwischen ausgedehnten Halbleiterkristallen („bulk semiconductor crystals") und Molekülen. Ihre physikochemischen Eigenschaften unterscheiden sich deshalb von sowohl ausgedehnten Halbleiterkristallen als auch Molekülen. In dieser Region nimmt die Energielücke eines Halbleiter-Nanopartikels zu, während seine Korngröße abnimmt, aufgrund des Auftretens eines Quanteneffekts („quantum-size effect"). Zusätzlich entfällt die Entartung des Energiebands, die in ausgedehnten Halbleitern beobachtet wird, und die Bahnen („orbits") sind verstreut. Im Ergebnis wird ein unteres Ende des Leitungsbandes zur negativen Seite hin verschoben, und ein oberes Ende des Valenzbandes wird zur positiven Seite hin verschoben.
  • Halbleiter-Nanopartikel können in leichter Weise hergestellt werden durch Auflösen von äquimolaren Mengen von Vorläufern von Cd und X (wobei X S, Se oder Te ist). Dies trifft auch für ihre Herstellung unter Verwendung von beispielsweise ZnS, ZnSe, HgS, HgSe, PbS oder PbSe zu.
  • Jedoch weisen die durch das obige Verfahren erhaltenen Halbleiter-Nanopartikel eine breite Korngrößenverteilung auf und können deshalb nicht den gesamten Vorteil der Eigenschaften von Halbleiter-Nanopartikeln bereitstellen. Es sind Versuche unternommen worden, eine mo nodisperse Verteilung zu erhalten, unter Verwendung von chemischen Techniken, um die Halbleiter-Nanopartikel mit einer breiten Korngrößenverteilung unmittelbar nach ihrer Herstellung in einzelne Korngrößen genau zu trennen und nur die Halbleiter-Nanopartikel einer bestimmten Korngröße zu extrahieren. Die Versuche, über die bis jetzt berichtet worden ist, schließen ein Elektrophorese-Trennungsverfahren, das eine Variation in der Oberflächenladung eines Nanopartikels in Abhängigkeit von der Korngröße verwendet, eine Ausschlusschromatographie, die Unterschiede hinsichtlich der Retentionszeit aufgrund verschiedener Korngrößen ausnutzt, ein größenselektives Fällungsverfahren, das Unterschiede hinsichtlich der Dispersionsfähigkeit in ein organisches Lösungsmittel aufgrund verschiedener Korngrößen verwendet und eine größenselektive Photokorrosion ein.
  • Halbleiter-Nanopartikel, die mit diesen Verfahren erhalten worden sind, weisen ein Spektrum mit einem relativ engen Wellenlängenbreite-Maximum auf, jedoch sind sogar in einem solchen monodispersen Zustand die Lichtemissionseigenschaften des Kristalls nicht hinreichend zufriedenstellend. Dies beruht vermutlich auf der Anwesenheit des Energieniveaus einer Defektstelle auf der Partikeloberfläche in dem von dem Nanopartikel aufgewiesenen verbotenen Band. Daher können durch Entfernen des Energiebands in dem verbotenen Band die Lichtemissionseigenschaften des Halbleiter-Nanopartikels verbessert werden. Verschiedene Verfahren sind bislang unternommen worden, um das Energieband in dem verbotenen Band zu entfernen.
  • In einem Verfahren wird z. B. die Halbleiter-Nanopartikeloberfläche mit einem organischen Bestandteil beschichtet, wie etwa Tri-n-octylphosphin (TOP) und Tri-n-octylphosphinoxid (TOPO). In einem anderen Verfahren wird die Halbleiter-Nanopartikeloberfläche mit einem anorganischen Bestandteil, wie etwa CdX und ZnX, beschichtet.
  • Dokument WO 99/26299 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von beschichteten Nanokristalliten, die zur Lichtemission in der Lage sind, wobei ein im wesentlichen monodisperser Kern bereitgestellt wird, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus CdX, wobei X = S, Se, Te. Der Nanokristall wird mit ZnY überschichtet, wobei Y = S, Se, das uniform darauf aufgetragen wird. CdSe-Nanokristallite werden zu TOPO bei einer hohen Temperatur zugegeben. Wenn die Absorptionseigenschaften beobachtet werden, wird die Lösung heruntergekühlt, und Butanol wird zugegeben. Nach einem Reinigungsschritt werden die CdSe-Nanokristallite in einer heißen Mischung aus TOPO und TOP dispergiert, wobei Diethylzink zugegeben wird. In diesem Schritt werden die Partikel überschichtet und durch Zugabe von Methanol ausgefällt. Dann werden die überschichteten Partikel in einer Vielzahl von organischen Lösungsmitteln redispergiert.
  • Das Halbleiter-Nanopartikel-Herstellungsverfahren, das eine größenselektive Photokorrosion verwendet, ermöglicht die sehr leichte Herstellung nicht nur von großen Mengen an Halbleiter-Nanopartikeln, sondern auch die Herstellung von Halbleiter-Nanopartikeln mit einer sehr engen Korngrößenverteilung. Darüber hinaus können durch Beschichten der Oberfläche von Halbleiter-Nanopartikeln mit einem anorganischen Bestandteil zum Entfernen des Energiebands in dem verbotenen Band, mehrschichtige Halbleiter-Nanopartikel hergestellt werden, die ein Spektrum mit einem engen Wellenlängenbreite-Maximum zeigen. Jedoch ist es wegen des Unterschieds in dem verwendeten Stabilisator schwierig gewesen, die ersteren und letzteren Techniken zu kombinieren.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Im Hinblick auf oben besteht ein Bedarf für ein effektives Herstellungsverfahren, das das Verfahren zum Herstellen monodisperser Halbleiter-Nanopartikel und das Verfahren zum Herstellen von mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikeln kombiniert. Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, mehrschichtige Halbleiter-Nanopartikel herzustellen, die eine sehr enge Korngrößenverteilung haben und die ein Spektrum mit einem engen Wellenlängenbreite-Maximum haben.
  • Unter einem Gesichtspunkt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikels bereit, das die Schritte umfasst:
    Umwandeln einer Lösung monodisperser Halbleiter-Nanopartikel, welche durch einen Oberflächen-Stabilisator stabilisiert sind, von hydrophil zu lipophil und umgekehrt, durch Ersetzen des Oberflächen-Stabilisators;
    Transportieren der stabilisierten Halbleiter-Nanopartikel zwischen einer wässrigen Schicht und einer organischen Schicht;
    Beschichten der Halbleiter-Nanopartikel in der Schicht, zu der die stabilisierten Halbleiter-Nanopartikel transportiert worden sind, mit mehreren Schichten; und
    Trennen der Schicht, zu der die stabilisierten Halbleiter-Nanopartikel transportiert worden sind, um die Halbleiter-Nanopartikel davon zu gewinnen.
  • Die monodispersen Halbleiter-Nanopartikel werden bevorzugt durch größenselektive Photokorrosion erhalten. Alternativ können sie durch ein Umkehr-Mizell-Verfahren („reverse micelle method") erhalten werden.
  • Der Oberflächen-Stabilisator zum Bereitstellen von Hydrophilie ist bevorzugt Hexametaphosphat, Polyvinylpyrrolidon, Glykoldimethylether oder eine Thiolverbindung. Der Oberflächenstabilisator zum Bereitstellen von Lipophilie ist bevorzugt Tri-n-octylphosphin oder Tri-n-octylphosphinoxid.
  • Genauer können die Halbleiter-Nanopartikel, die von hydrophil zu lipophil umgewandelt worden sind, mit Zinkoxid, 1-Tetradecanphosphorsäure (TDPA), Tri-n-octylphosphinoxid (TOPO), Tri-n-octylphosphin (TOP), und S (Pulver) in einer Hochtemperatur-Umgebung umgesetzt werden.
  • Das Material für den Kern und das Material für die uniform auf der Oberfläche des Kerns aufgetragenen Schichten kann jeweils ausgewählt sein aus z. B. ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, InP, InAs, GaN, GaP, GaAs, TiO2, WO3, PbS und PbSe.
  • Zum Beispiel kann das Material des Kerns CdS sein, und das Material der uniform auf der Oberfläche des Kerns aufgetragenen Schichten kann ZnS sein.
  • Bei Anregung kann das mit dem Verfahren der Erfindung hergestellte mehrschichtige Halbleiter-Nanopartikel Fluoreszenz mit einem Maximum in einer engen Wellenlängenbreite-Region mit einer Halbwertsbreite (FWHM) von ungefähr 50 nm oder weniger emittieren.
  • Das Nanopartikel weist bevorzugt weniger als 10% RMS Abweichung im Durchmesser des Kerns auf.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt den Herstellungsprozess eines mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikels gemäß der Erfindung.
  • 2 zeigt das Absorptionsspektrum eines mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikels, in dem CdS mit ZnS beschichtet ist, sowie das Absorptionsspektrum eines Halbleiter-Nanopartikels nur aus CdS.
  • 3 zeigt das Fluoreszenzspektrum eines mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikels, erhalten durch Beschichten von CdS mit ZnS, sowie das Fluoreszenzspektrum eines Halbleiter-Nanopartikels nur aus CdS.
  • Beschreibung der Erfindung
  • 1 zeigt ein Beispiel der Erfindung. Ein durch größenselektive Photokorrosion erhaltenes CdS-Halbleiter-Nanopartikel liegt z. B. in einer wässrigen Lösung vor, wobei die Oberfläche des Partikels mit einem Stabilisator, Hexametaphosphat (HMP), beschichtet ist. Wenn diese wässrige Lösung mit einem organischen Lösungsmittel gemischt wird, das hauptsächlich nur aus TOP und/oder TOPO besteht, bildet sich eine Grenzfläche zwischen der wässrigen Schicht und der organischen Schicht. Die HMPs auf der Halbleiter-Nanopartikeloberfläche, durch die das Nanopartikel in der wässrigen Schicht stabilisiert wird, werden durch TOP/TOPO an der Grenzfläche ersetzt, so dass das Halbleiter-Nanopartikel jetzt durch TOP und/oder TOPO stabilisiert und in die organische Schicht transportiert wird. Danach wird die organische Schicht extrahiert und gereinigt, um das durch TOP und/oder TOPO stabilisierte Halbleiter-Nanopartikel zu erhalten. Verunreinigungen, die nicht umgesetzt worden sind, wie etwa Cd-Ionen, S-Ionen und Hexametaphosphat, verbleiben in der wässrigen Schicht und können deshalb meistens entfernt werden. Das CdS-Halbleiter-Nanopartikel mit TOP und/oder TOPO als Stabilisator wird dann mit Zinkoxid, 1-Tetradecanphosphorsäure (TDPA), Tri-n-octylphosphinoxid (TOPO), Tri-n-octylphosphin (TOP) und S (Pulver) gemischt und dann in einer Hochtemperatur-Umgebung umgesetzt. Im Ergebnis ist die Oberfläche des CdS-Halbleiter-Nanopartikels mit einem anorganischen ZnS-Bestandteil beschichtet, und das Energieband, das in dem verbotenen Band in dem Halbleiter-Nanopartikel existierte, wird eliminiert.
  • Beispiele
  • Die Erfindung wird hiernach mittels Beispielen beschrieben.
  • Herstellung eines Halbleiter-Nanopartikels
  • Die vorliegende Erfindung verwendet eine aus einer Vielzahl von Verfahren zum Herstellen von Halbleiter-Nanopartikeln.
  • In einem Halbleiter-Nanopartikel ist das Verhältnis seiner Oberfläche zu seinem Volumen sehr groß. Im Ergebnis tendieren Halbleiter-Nanopartikel dazu, sehr leicht zu koaleszieren. Um eine stabile Existenz von Halbleiter-Nanopartikeln zu ermöglichen, sind Maßnahmen unternommen worden, um sie daran zu hindern, miteinander zu kollidieren oder zu verschmelzen. Eine Vielzahl von Maßnahmen sind entwickelt worden, die grob in zwei Typen unterteilt werden können. Die eine ist die physische Isolierung der Halbleiter-Nanopartikel, indem man sie in eine feste Matrix und eine Polymermatrix einbringt. Die andere ist die Inaktivierung der Partikeloberfläche durch chemisches Modifizieren der Metallionenstelle auf der Partikeloberfläche mit niedermolekularem organischen Material, das eine große Fähigkeit aufweist, mit der Metallionenstelle einen Komplex zu bilden.
  • Basierend auf dem letzteren Konzept, verwendete das vorliegende Beispiel Hexametaphosphat als Stabilisator. 1000 ml einer wässrigen Lösung von Natriumhexametaphosphat (0,1 mmol) und Cadmiumperchlorathexahydrat (0,2 mmol) wurden hergestellt und auf pH 10,3 eingestellt. Stickstoff wurde in die Lösung eingeblasen, und dann wurde Schwefelwasserstoffgas (0,2 mmol) in die Lösung unter heftigem Rühren injiziert. Das Rühren wurde für eine Weile danach fortgesetzt, währenddessen sich die Lösung von optisch transparent und farblos zu optisch transparent gelb veränderte.
  • Zu diesem Punkt existieren Halbleiter-Nanoartikel, die durch Hexametaphosphat stabilisiert worden sind, bereits in der Lösung, aber diese Halbleiter-Nanopartikel haben eine breite Korngrößenverteilung, wobei ihre Standardabweichung 15% der durchschnittlichen Korngröße überschreitet. Da die physikochemikalischen Eigenschaften eines Halbleiter-Nanopartikels von seiner Korngröße aufgrund eines Quanteneffekts abhängen, werden die physikalischen Eigenschaften dieser Halbleiter-Nanopartikel in diesem Zustand gemittelt, und ihre potentiellen Eigenschaften als Halbleiter-Nanopartikel können nicht vollständig ausgenutzt werden. Deshalb gibt es einen Bedarf, die Halbleiter-Nanopartikel mit einer breiten Korngrößenverteilung unmittelbar nach der Herstellung in einzelne Korngrößen in genauer Weise zu trennen und nur diejenigen Halbleiter-Nanopartikel einer spezifischen Korngröße zu extrahieren, um eine monodisperse Verteilung zu erzielen. Im vorliegenden Beispiel wurde eine größenselektive Photokorrosion verwendet.
  • Erhalten einer monodispersen Verteilung der Halbleiter-Nanopartikel mit einer größenselektiven Photokorrosion
  • Die größenselektive Photokorrosion nutzt die Tatsache aus, dass, während die Korngröße eines Halbleiter-Nanopartikels abnimmt, seine Energielücke aufgrund eines Quanteneffekts zunimmt, und dass ein Metall-Chalcogenid-Halbleiter bei Bestrahlung mit Licht in der Anwesenheit von aufgelöstem Sauerstoff oxidativ aufgelöst wird. Daher werden bei dem Verfahren die Halbleiter-Nanopartikel mit einer breiten Korngrößenverteilung mit monochromatischem Licht einer kürzeren Wellenlänge als die Wellenlänge der Absorptionkante des Halbleiter-Nanopartikels bestrahlt. Dies bewirkt, dass nur die Halbleiter-Nanopartikel mit größeren Durchmessern selektiv optisch angeregt und aufgelöst werden, wodurch die Halbleiter-Nanopartikel in kleinere Korngrößen sortiert werden.
  • Stickstoff wurde in eine Lösung der Halbleiter-Nanopartikel mit einer breiten Korngrößenverteilung eingeblasen, und dann wurde Sauerstoff für zehn Minuten eingeblasen. Methylviologen wurde in die Lösung auf eine Konzentration von 50 μmol/l zugegeben, und die Lösung wurde mit einem Laserstrahl unter Rühren bestrahlt. Die Wellenlänge des Laserstrahls wurde zu kürzeren Wellenlängen hin schrittweise verschoben. Die Lichtquelle beinhaltete einen 600 mV Argon-Ionenlaser (Modell 5500 AMC-00 von Ion Laser Technology), eine 500 WHg-Lampe (Modell UI-501C von Ushio Inc.) und einen optischen Filter (Farglasfilter L-39 und Y-43 von Toshiba), die selektiv verwendet wurden, abhängig von der erforderlichen Wellenlänge.
  • Bei Bestrahlung mit Licht einer Wellenlänge von 476,5 nm hatten die resultierenden Halbleiter-Nanopartikel eine durchschnittliche Korngröße von 3,2 nm und eine Standardabweichung von 0,19 nm, und wiesen damit eine sehr enge Korngrößenverteilung auf, wobei die Standardabweichung ungefähr 6% der durchschnittlichen Korngröße betrug. Daher wurde eine Lösung von Halbleiter-Nanopartikeln mit einer nahezu monodispersen Verteilung erhalten.
  • Extraktion der Halbleiter-Nanopartikel
  • Aus Gründen, die später erklärt werden, ist es wünschenswert, den Halbleiter-Nanopartikel mit einem organischen und einem anorganischen Bestandteil zu beschichten. Ein Verfahren zum Beschichten eines Halbleiter-Nanopartikels mit ZnS in einem nicht polaren Lösungsmittel wird etabliert. Dieses Verfahren erfordert, dass das Halbleiter-Nanopartikel beispielsweise durch TOP und/oder TOPO stabilisiert wird. Deshalb müssen, um die durch Hexametaphosphat stabilisierten Halbleiter-Nanopartikel mit ZnS unter Verwendung des obigen Verfahrens zu beschichten, die Halbleiter-Nanopartikel in durch TOP und/oder TOPO stabilisierte Halbleiter-Nanopartikel transformiert werden.
  • Hiernach wird ein Verfahren beschrieben werden, das die Halbleiter-Nanopartikel extrahieren wird und gleichzeitig den Stabilisator, nämlich Hexametaphosphat, auf der Oberfläche der Halbleiter-Nanopartikel durch TOP und/oder TOPO ersetzen wird. In diesem Extraktionsverfahren wird der Stabilisator auf der Halbleiter-Nanopartikeloberfläche ausgetauscht, und zur selben Zeit wird eine Extraktion durchgeführt. Insbesondere wird die Oberfläche der Halbleiter-Nanopartikel, die durch Hexametaphosphat stabilisiert worden sind, das in einer wäßrigen Schicht stabil ist, durch Substitution mit TOP und/oder TOPO lipophil gemacht, und die organische Schicht, in die die mit TOP und/oder TOPO stabilisierten Halbleiter-Nanopartikel transportiert worden sind, wird extrahiert, um die Nanopartikel zu gewinnen.
  • Die durch die oben beschriebene größenselektive Photokorrosion erhaltenen 1000 ml an Hexametaphosphat-Halbleiter-Nanopartikel-Lösung wurden auf 150 ml mittels Verdampfung kondensiert. 10 oder 4 Gramm TOP und 7 oder 10 Gramm TOPO wurden zugegeben, und die Lösung wurde für eine lange Zeit gerührt. In diesem Fall sind die Verhältnisse und Gesamtmenge an TOP und/oder TOPO nicht besonders beschränkt. Danach wurden 100 ml Hexan zugegeben, und die organische Schicht wurde abgezogen. Nach Zugabe von wasserfreiem Natriumsulphat wurde die wiedergewonnene Lösung gerührt und einer Ultrafiltration unter verringertem Druck unterzogen. Das Filtrat wurde dann verdampft, um Hexan zu entfernen. Die resultierende Lösung wurde zu wasserfreiem Methanol zugegeben, und der Niederschlag wurde mittels Zentrifugation wiedergewonnen (5000 UPM, 10 min). Nach Waschen mit wasserfreiem Butanol wurde das Gewinnen des Niederschlags mittels Zentrifugation (5000 UPM, 10 min) mehrere Male wiederholt, wodurch Halbleiter-Nanopartikel erhalten wurden, die mit TOP und/oder TOPO stabilisiert waren.
  • Herstellung des mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikels
  • Die mit dem oben beschriebenen Extraktionsverfahren extrahierten Halbleiter-Nanopartikel sind identisch mit Halbleiter-Nanopartikeln, die durch die größenselektive Photokorrosion erhalten werden. Daher haben sie eine sehr enge Korngrößenverteilung und besitzen bereits die Eigenschaften, die von Halbleiter-Nanopartikeln gefordert werden. Jedoch haben die Halbleiter-Nanopartikel in diesem Zustand das Energieniveau der Halbleiter-Nanopartikel-Oberfläche in dem verbotenen Band, so dass eine gute Lichtemissionseigenschaft nicht erhalten werden kann. Deshalb ist es wünschenswert, den ausgedehnten Halbleiter-Nanopartikel („bulk semiconductor nanoparticle") mit einem organischen und einem anorganischen Bestandteil zu beschichten, um das in dem verbotenen Band existierende Energieniveau zu entfernen.
  • Verschiedene Wege zum Beschichten des ausgedehnten Halbleiter-Nanopartikels sind auf dem Gebiet beschritten worden. Beispiele schließen die Beschichtung von CdSe mit Tri-n-Octylphosphin (TOP) und Tri-n-Octylphosphinoxid (TOPO), CdSe mit CdS, CdS mit ZnS, Si mit SiO2, CdSe mit ZnS, und ZnS mit CdSe ein. Im vorliegenden Beispiel wird ein Verfahren zum Beschichten eines CdS-Halbleiter-Nanopartikels, stabilisiert mit TOP und/oder TOPO, mit ZnS beschrieben werden.
  • Die mit TOP und/oder TOPO, wie oben beschrieben, stabilisierten Halbleiter-Nanopartikel wurden in einem Reaktionsgefäß mit Zinkoxid (2,5 mmol), TDPA (5 mmol) und TOPO (7,7 g) in der Anwesenheit von Stickstoff gemischt. Das Pulver wurde dann auf 300°C in dem Reaktionsgefäß erhitzt, um eine optisch transparente gelbe Lösung zu erhalten. Die Lösung wurde dann gerührt und auf 270°C gekühlt, wonach S (Pulver) (1 mmol) und TOP (4 g) langsam injiziert wurden. Danach wurde die Temperatur auf 150°C gesenkt, und die Reaktion wurde für sechs Stunden fortgesetzt.
  • Dann wurde das gesamte Volumen der reagierten Lösung mit einer Spritze abgezogen und rasch in 25 ml wasserfreien Methanol injiziert, wo es gequencht wurde. Nach Zentrifugation (5000 UPM, 10 min) wurde der Niederschlag aus der Lösung gewonnen. Der Niederschlag wurde mit einer wasserfreien Butanollösung gewaschen und dann zentrifugiert (5000 UPM, 10 min), um den Niederschlag zu gewinnen. Dieser Prozeß der Gewinnung des Niederschlags wurde mehrere Male wiederholt. Der Niederschlag wurde schließlich in Hexan aufgelöst, und die Lösung wurde zentrifugiert (5000 UPM, 10 min), um den Überstand zu gewinnen. Der Überstand wurde verdampft, um mehrschichtige Halbleiter-Nanopartikel in Pulverform herzustellen.
  • 2 zeigt das Absorptionsspektrum der mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikel, die durch Beschichten der so hergestellten CdS mit ZnS erhalten wurden, und zum Vergleich das Absorptionsspektrum von Halbleiter-Nanopartikeln, die nur aus CdS gemacht sind. 3 zeigt das Fluoreszenzspektrum der durch Beschichen des CdS mit ZnS erhaltenen Halbleiter-Nanopartikel und zum Vergleich das Fluoreszenzspektrum von Halbleiter-Nanopartikeln, die nur aus CdS gemacht sind.
  • Wie oben beschrieben, können in Übereinstimmung mit dem Halbleiter-Nanopartikel-Herstellungsverfahren unter Verwendung der größenselektiven Photokorrosionstechnik große Mengen an Halbleiter-Nanopartikeln in leichter Weise hergestellt werden, die eine sehr enge Korngrößenverteilung haben. Darüberhinaus können durch Beschichten der Oberfläche der Halbleiter-Nanopartikel mit einem anorganischen Bestandteil zum Entfernen des Energiebands in dem verbotenen Band, mehrschichtige Halbleiter-Nanopartikel hergestellt werden, die ein Spektrum mit einem engen Wellenlängebreite-Maximum aufweisen. Jedoch war es bislang schwierig, diese beiden Techniken zu kombinieren, aufgrund des Problems, das aus dem Unterschied hinsichtlich des verwendeten Stabilisators resultierte. Dieses Problem ist durch die vorliegende Erfindung gelöst worden, die es ermöglicht, mehrschichtige Nanopartikel mit den Vorteilen beider Techniken herzustellen. Die Erfindung hat es ebenfalls ermöglicht, solche stabilen Materialien, wie etwa Zinkoxid, 1-Tetradecanphosphorsäure (TDPA), Tri-n-Octylphosphinoxid (TOPO), Tri-n-Octylphosphin (TOP) und S (Pulver) zu verwenden um die Mehrschicht-Struktur zu erzielen.
  • Die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikel weisen ein Spektrum mit einem engen Wellenlängenbreite-Maximum auf. Deshalb ermöglichen die mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikel bei Verwendung zum Nachweis von Biopolymeren einen leichten Nachweis einer großen Menge an Information. Die Halbleiter-Nanopartikel gemäß der Erfindung können ebenfalls potentiell auf die Bildgebung im Biobereich (bio-imaging) angewendet werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikels, das die Schritte umfaßt: Umwandeln einer Lösung monodisperser Halbleiter-Nanopartikel, welche durch einen Oberflächen-Stabilisator stabilisiert sind, von hydrophil zu lipophil und umgekehrt, durch Ersetzen des Oberflächen-Stabilisators; Transportieren der stabilisierten Halbleiter-Nanopartikel zwischen einer wäßrigen Schicht und einer organischen Schicht; Beschichten der Halbleiter-Nanopartikel in der Schicht, zu der die stabilisierten Halbleiter-Nanopartikel transportiert worden sind, mit mehreren Schichten; und Trennen der Schicht, zu der die stabilisierten Halbleiter-Nanopartikel transportiert worden sind, um die Halbleiter-Nanopartikel davon zu gewinnen.
  2. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikels nach Anspruch 1, wobei die monodispersen Halbleiter-Nanopartikel durch größenselektive Photokorrosion erhalten werden.
  3. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikels nach Anspruch 1, wobei die monodispersen Halbleiter-Nanopartikel durch ein Umkehr-Mizell-Verfahren erhalten werden.
  4. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikels nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Oberflächen-Stabilisator zum Bereitstellen von Hydrophilie Hexametaphosphat, Polyvinylpyrrolidon, Glykoldimethylether oder eine Thiol-Verbindung ist.
  5. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikels nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Oberflächen-Stabilisator zum Bereitstellen von Lipophilie Tri-n-Octylphosphin und/oder Tri-n-Octylphosphinoxid ist.
  6. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikels nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Halbleiter-Nanopartikel, die von hydrophil zu lipophil umgewandelt worden sind, mit Zinkoxid, 1-Tetradecanphosphorsäure (TDPA), Tri-n-Octylphosphinoxid (TOPO), Tri-n-Octylphosphin (TOP) und S (Pulver) in einer Hochtemperatur-Umgebung umgesetzt werden.
  7. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikels nach Anspruch 1, wobei das Material des Kerns und das Material der Schichten, die uniform auf der Oberfläche des Kerns aufgetragen sind, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, InP, InAs, GaN, GaP, GaAs, TiO2, WO3, PbS oder PbSe ist.
  8. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikels nach Anspruch 7, wobei das Material des Kerns CdS ist, und das Material der auf der Oberfläche des Kerns uniform aufgetragenen Schichten ZnS ist.
DE60317586T 2002-02-05 2003-01-23 Verfahren zur Herstellen eines mehrschichtigen Halbleiter-Nanopartikels und einmehrschichtiger Halbleiter-Nanopartikel, hergestellt durch das Verfahren Expired - Lifetime DE60317586T2 (de)

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