[发明专利]波长可调的近红外透明体相复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种近红外半导体纳米合金与聚合物复合材料的制备方法，特别涉及制备波长在近红外(1100～1400nm)范围内可调的CdHgTe半导体纳米合金的透明聚合物体相材料的方法。

背景技术

近红外半导体纳米晶具有可见光纳米晶所不具备的独特优点：一方面，近红外荧光的穿透力要强于可见光，因此，采用近红外半导体纳米晶作为量子点探针，可以实现癌细胞在深层器官如肝脏、脾中的成像，而可见光却无法穿透；近红外纳米晶在生物方面应用的另外一个优势是生物组织自身荧光和吸收在近红外窗口都达到最低点；近红外纳米晶还可以作为光增益媒体应用在光通讯方面，最佳的透过窗口大约在1.3和1.55μm。在所研究的近红外纳米晶中，最重要的一类是含汞的合金化合物(例如Cd_xHg_1-xTe)。通过改变镉汞组成，此类化合物光、电、磁等性质具有相当宽的可调性。尽管如此，要想进一步实现此类材料的应用还需解决两个问题：一是此类材料的稳定性较差，即使是放置在室内普通条件下，其性质也会发生改变；二是将其复合到聚合物中，制备透明体相复合材料尚是挑战，这主要是由于纳米合金本身不稳定，无法承受聚合过程中高温和自由基对荧光的影响，要想解决这一问题，就必须先制备出性能稳定的纳米合金。

发明内容

本发明的目的就是提供一种制备方法：首先在水溶液中制备出性质稳定的近红外半导体纳米合金，利用可聚合表面活性剂对半导体纳米合金的表面进行修饰，实现半导体纳米合金由水相到单体油相的转移，经自由基引发聚合，获得在近红外波长可调的半导体纳米合金/有机聚合物透明复合体相材料。其关键在于合成性质稳定的近红外半导体纳米合金。

本发明包括以下步骤：1、制备水溶性近红外波长可调的CdHgTe半导体纳米合金；2、利用可聚合表面活性剂实现CdHgTe半导体纳米合金的相转移；3、本体聚合。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：采用胶体化学方法在水溶液中制备CdHgTe半导体纳米合金，利用CdTe和HgTe在水溶液中溶解度的巨大差异，所获得的半导体纳米合金具有类核壳结构，从而确保其具有足够稳定的性质；通过调整投料时Cd²⁺与Hg²⁺的比例来改变半导体纳米合金的发光波长，以利于下一步制备在近红外发光波长可调的复合物材料；可聚合表面活性剂的基本结构应兼有油溶性和可聚合基团，经表面修饰后的CdHgTe半导体纳米合金转移到聚合物单体中；在CdHgTe半导体纳米合金的聚合物单体溶液中加入引发剂，进行本体聚合。聚合产物为典型的本体聚合产物，外观透明，易于进行机械加工。

1、制备水溶性近红外波长可调的CdHgTe半导体纳米合金溶液

采用一次投料形成镉盐、汞盐和配体的混合水溶液，pH值用NaOH和HCl调至中性或弱碱性，在氮气保护下将通过Te粉和NaBH₄反应制备的NaHTe加入到上述混合溶液中，最终体系中镉盐的浓度控制在1.0×10^-4M～1.0×10^-2M之间，金属离子Cd²⁺和Hg²⁺的摩尔数和、NaHTe、配体的比例为1∶0.2～1.0∶1.0～5.0；将上述混合溶液在25～50℃下加热0.5h～2h，得到CdHgTe半导体纳米合金溶液，其发光波长可以通过调整Cd²⁺与Hg²⁺的比例(20～0.1∶1)来实现，得到发光波长从550～1300nm所有样品。

上述水溶性CdHgTe半导体纳米合金合成阶段所用原料为镉盐，汞盐，离子型碲源，巯基羧酸，硫醇类。镉盐可以是CdCl₂，Cd(ClO₄)₂等；汞盐可以是HgCl₂，Hg(ClO₄)₂等；离子型碲源可以是H₂Te，NaHTe等；巯基羧酸可以是巯基乙酸，巯基丙酸，L-半胱氨酸等；硫醇类可以是巯基甘油等。

进一步，金属离子Cd²⁺与Hg²⁺的比例为5～0.6∶1；金属离子Cd²⁺和Hg²⁺的摩尔数和、NaHTe、巯基丙酸的比例为1∶0.4～0.8∶1.5～3.5。