[发明专利]晶格失配的核壳型量子点

说明书

领域

本披露涉及晶格失配的核壳型量子点（QD）。在某些实施方案中，晶格失配的核壳型QD被用于光伏或光电导应用的方法中。它们对于多色分子的、细胞的、以及体内的成像也是有用的。

背景

典型地在半导体材料中找到的由金属构成的纳米级颗粒一般被称为量子点（QD）。相同材料但不同尺寸的量子点可以发射不同颜色的光。用有机聚合物对QD进行表面改性允许人们订制其特性并且将颗粒掺入更大材料中。QD目前被用于大量的电子和生物应用中。

显示出II型能带半导体材料的特性的量子点在Kim等人,J.Am.Chem.Soc[美国化学会志]125,11466-11467（2003）中进行了描述。还参见美国专利号7,390,568。预计II型QD由于电子载流子的空间分隔而具有有用的特性。II型结构可以允许到达用单一材料以其他方式不能获得的波长。此外，在II型纳米晶体的最低激发态下电荷的分隔使得这些材料在光伏或光电导应用中是更适合的。因此，对于鉴定改进的II型QD存在着需要。

概述

本披露涉及晶格失配的核壳型量子点（QD）。在某些实施方案中，本披露内容涉及晶格失配的QD，它是由一个压缩性壳（例如ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、或CdSe）在一个柔软核（例如CdTe）上的外延沉积而形成的，或者该核具有的本体模量是小于约52、51、50、54、53、52、51、50、49、48、47、46、45、44、或43GPa。

在某些实施方案中，这些晶格失配的量子点包括一个核和一个压缩性壳，其中晶格失配率是大于约7.5%、8.0%、8.5%、9.0%、9.5%、10.0%、10.5%、11.0%、或11.5%。在某些实施方案中，这个核具有的晶格常数与外延沉积的压缩性壳相比是大于约0.5、0.6、0.7、0.8、或0.9埃。在某些实施方案中，核材料是CdTe并且压缩性壳的晶格常数是小于约6.0、5.9、5.8、5.7、或5.6埃。

在某些实施方案中，本披露内容涉及包含XTe核的、涂覆有压缩性壳的晶格失配的核壳型量子点，其中X是Cd或Hg，其中该核和壳不是CdTe/CdSe。典型地，该核是CdTe并且压缩性壳包括ZnS、ZnSe和/或CdS。在某些实施方案中，核的直径是约1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.5、或4.0nm，或者核的直径是小于约2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、或5.0nm。在某些实施方案中，该压缩性壳具有两个或更多个单层的ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS或CdSe，或一个或多个单层的ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、MgO、MgS、MgSe、MgTe、HgO、HgS、HgSe、HgTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSh、InN、InP、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb、TlSb、Pbs、PbSe、PbTe、或其混合物。在某些实施方案中，该压缩性壳的厚度是大于1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.5、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、或10.0nm。

在某些实施方案中，QD在该压缩性壳上具有一种带有羧酸基团的聚合物、带有硫醇基的单体、以及带有氨基的单体。在某些实施方案中，该聚合物不含聚乙二醇单体。在某些实施方案中，在此披露的量子点被包含在一种聚合物或玻璃基质中。

在某些实施方案中，这些QD具有一种共轭到该压缩性壳上的生物材料，如核酸、多肽、细胞、抗体、表位、蛋白、抑制剂、受体、或受体底物。在某些实施方案中，这些晶格失配的核壳型QD被用于多色分子的、细胞的、以及体内的成像的方法中。

在某些实施方案中，本披露内容涉及包含在此提供的量子点的光伏电池和器件。在某些实施方案中，本披露内容涉及包含在此提供的量子点的发光二极管。在某些实施方案中，本披露内容涉及包含在此披露的QD的激光器。

附图简要说明

图1展示了在量子点中由晶格应变引发的能带能量变化。a，普通和发生应变的(CdTe)ZnSe纳米晶体的晶格应变。b，a中对应结构的化合价和导带能级。波形箭头及其颜色表明能带边缘的荧光发射及其近似波长。水平的能带长度对应于核以及壳的厚度。松弛的纳米结构形成了标准的I型异质结、但在由于异质外延生长而产生的应变导致核被“挤压”并且壳被“拉伸”时被转化成II型行为。使用模型固体理论和连续体弹性模型来计算应变的影响。