[发明专利]不可逆或可逆变色光致发光硅材料的应用及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体发光材料领域，特别是一种不可逆或可逆变色光致发光硅材料的合成方法，合成所得的硅材料应用于传感器、标记物、激光、储存、显色和光电池等多个领域。

背景技术

光致发光半导体纳米材料在传感器和生物标记物领域得到了广泛应用，例如量子点和多孔硅等光致发光半导体纳米材料在这些领域都得到了广泛应用，目前光致发光半导体纳米材料不同的发光颜色都是通过合成不同尺寸的纳米材料来实现的，但是这些材料一旦合成完成后，其发光的颜色就固定不变了，在需要不同颜色或者更深颜色时，需要重新合成新的光致发光半导体纳米材料，这样不仅提高了生产成本，且使得光致发光半导体纳米材料的应用范围受到限制。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种通过对光致发光硅材料表面进行简单的化学修饰处理，使硅材料的光致发光波长发生不可逆变化或通过对光致发光硅材料进行化学修饰而使得硅材料具有可逆光致发光变色的性能，且发光强度增强的不可逆或可逆变色光致发光硅材料的应用及其合成方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种不可逆或可逆变色光致发光硅材料的应用，所述可逆或不可逆变色光致发光硅材料以光致发光纳米硅或多孔硅作为基材通过表面化学修饰获得具有不同波长的光致发光硅材料或具有可逆光致发光变色性能和光强度变化的光致发光硅材料的应用。

不可逆变色光致发光硅材料的合成方法，包括以下步骤：

A、制备光致发光纳米硅：在惰性气体保护下的干燥容器中加入还原剂，反应溶剂和反应物，反应物浓度为0.05M～5M，还原剂比反应物过量，在室温下搅拌反应1～90小时，反应时间根据所需的硅颗粒的尺寸来进行控制，一般反应5～72小时可以获得可以获得直径在1～15纳米范围的纳米硅颗粒直径的纳米硅颗粒，在反应完成后加入终止剂，终止剂用于消耗掉未反应完的还原剂，从而分离出有机相溶液，有机相溶液经过水洗、干燥剂干燥，再蒸发掉有机相溶液，获得具有光致发光性能的纳米硅材料；

B、制备光致发光多孔硅：用化学或电化学刻蚀得到具有光致发光性能的多孔硅，在抗氟化氢的容器中加入硝酸和氟化氢，硝酸的体积百分浓度为5%～35%，氟化氢的体积百分浓度为10～50%，混合液的其余成分为水，将表面清洁的晶体硅或者掺杂的晶体硅置于液体中反应10～300秒，然后取出用去离子蒸馏水洗净，在惰性气体或空气中干燥获得具有光致发光性能的多孔硅材料；

C、不可逆变色光致发光硅材料的合成：在一个容器中加入含有烯烃的有机化合物以及步骤A中所得的光致发光纳米硅或步骤B中所得的光致发光多孔硅或任意表面含有硅氢键的光致发光纳米硅或多孔硅材料，向容器中充入惰性保护气体，并对容器进行密闭，将容器加温到50～300℃，反应5～600分钟后，将容器降至室温，取出光致发光纳米硅或多孔硅材料，用甲醇清洗，在室温下干燥，此时光致发光纳米硅或多孔硅材料与反应前相比较发光波长发生改变，即由一个颜色转换为另一个颜色。

本发明的进一步改进在于：所述步骤A中的还原剂为氢化钠或氢化铝锂或纳颗粒或锂颗粒或任意几种的混合物，反应溶剂为四氢呋喃或其它有机溶剂，反应物为一氯硅烷或多氯硅烷或含有其它取代基的氯硅烷或多氯硅烷或任意几种的混合物，终止剂为甲醇或乙醇或水。

本发明的进一步改进在于：所述步骤C中含有烯烃的有机化合物为任意位烯烃化合物，向容器中充入氮气，并对容器进行密闭，将容器加温到100～260℃，反应10～60分钟。

本发明的进一步改进在于：所述任意位烯烃化合物为1-烯烃化合物。

本发明的进一步改进在于：所述1-烯烃化合物为丙烯腈或庚烯腈或丙烯基甲基硫醚或丙烯胺或任意几种的混合物。

可逆变色光致发光硅材料的合成方法，包括以下步骤：

A、制备光致发光纳米硅：在惰性气体保护下的干燥容器中加入还原剂，反应溶剂和反应物，反应物浓度为0.05M～5M，还原剂比反应物过量，在室温下搅拌反应1～90小时，反应时间根据所需的硅颗粒的尺寸来进行控制，一般反应5～72小时可以获得直径在1～15纳米范围的纳米硅颗粒，在反应完成后加入终止剂，终止剂用于消耗掉未反应完的还原剂，从而分离出有机相溶液，有机相溶液经过水洗、干燥剂干燥，再蒸发掉有机相溶液，获得具有光致发光性能的纳米硅材料；