[发明专利]一种纳米晶体制备方法、纳米晶体及气体溶液的制备和保存装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米晶体的制备方法以及由该方法制得的一种纳米晶体。本发明还涉及一种气体溶液的制备和保存装置。

背景技术

纳米晶体(nanocrystal)，又称为纳米晶，是具有几纳米的尺寸、通常为1-20纳米的范围内、并具有晶体结构的材料。一般而言，纳米晶体是指内部一个球形或近球形的结晶核，外层包裹一层或多层壳的结构。当然，纳米晶体也包括没有壳的结构。发光纳米晶体或者荧光纳米晶体是指具有纳米晶体的结构，当在适当的光源或电压激发下发光的晶体。荧光纳米晶体的光发射特性可以通过控制纳米晶体的组成，纳米晶体的大小，纳米晶体壳表面的结构。因此，相对于有机材料一个荧光纳米晶体可以提供优异的色纯度，色多样性，光子和热稳定性。发光的核可以是球形，条形，矩形的，或更少其它多面的形状的形状，并且其总的体积不大于20nm×20nm×20nm。在纳米晶体核生长外壳或多个壳可以改善纳米晶体的发光稳定性。荧光纳米晶体的核的组成可以是金属、金属氧化物和包括II‐IV和III‐V族结构的半导体。改变荧光纳米晶体的组成还可以通过掺杂一种或多种过渡金属的的阳离子来改变纳米晶体的发光波长和其他发光性能。

荧光纳米晶体由于其特殊的特性，如尺寸可调的光学特性，高量子效率，相对窄的半峰宽和抗光降解性，在过去的二十年中已经被广泛地研究。和有机染料相比较，作为新一代发光材料，荧光纳米晶体在许多应用中，例如发光显示器，光伏器件和生物标记物等领域有更广泛的用途。

在一般情况下，荧光的纳米晶体可以通过在疏水性溶剂，在200‐350摄氏度的温度下热解金属络合物来合成。荧光纳米晶体，也可以在室温下或在升高的温度下使用水、乙二醇以及其它亲水性溶剂作为反应溶剂来制备。为实现均匀的反应，反应物通常是溶解在常温或者升高温度的溶剂中。不溶性无机物或气态反应物也可用于使半导体纳米晶体。然而，不均匀的反应和非平衡化学一般会导致纳米晶体合成的重复性和质量较差。气态反应物，如硫化氢，磷化氢和砷化氢，由于其高反应性也可用于制造纳米晶体。现有技术在利用上述气体制备纳米晶体时，往往直接将制备的气体前体通入到金属前体中，如此也可以得到纳米晶体。

但是，采用上述原位气态前体合成纳米晶体存在以下几个问题：(1)反应不可控和不易重复：因为气态前体的用量不能精确地控制，可能导致反应非可重复，另外会导致非均匀的成核和纳米晶体生长。(2)未反应的多余气体的处理需要额外的设备和清理过程：附加气体形成装置和干燥系统是必需的，因为氧气/水分会影响纳米晶体的质量。(3)剧毒，难以处理：磷化氢和砷化氢等气体属于剧毒，需要严格的操作程序，只有训练有素的专业人员能够安全地处理它们。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为：提供一种纳米晶体的制备方法，该方法可以精确控制气态前体的用量，使其与其它前体均匀反应，得到体积分布均匀、粒径可控、发光量子产率高的纳米晶体。

本发明提供了一种纳米晶体制备方法，包括以下步骤：将常温和常压下为气态的第一前体溶解在第一选定溶剂中，形成第一前体溶液；将第二前体溶解在第二选定溶剂中，形成第二前体溶液，所述第二前体为第I族、第II族、第III族或者第IV族金属元素的前体；在惰性气体氛围中，将所述第一前体溶液加入到装有所述第二前体溶液的反应容器中，在所述第一前体溶液加入到所述第二前体溶液之前或者之后，将溶解有第三前体的第三前体溶液加入到所述反应容器中，所述第一前体与所述第二前体发生化学反应，生成纳米晶体。

优选地，所述第一前体溶解在所述第一选定溶剂中是物理变化。

优选地，所述第一前体在溶解在所述第一选定溶剂之前，经过除水除氧。

优选地，将所述第一前体溶液以预定速度注入到所述第二前体溶液的液面以下。

优选地，将所述第一前体溶解在所述第一选定溶剂时，将所述第一选定溶剂的温度设定为所述第一选定溶剂的熔点附近0‐5℃范围内。

优选地，所述第一选定溶剂的熔点低于25℃，沸点高于150℃。

优选地，通过调节温度控制所述第一前体在所述第一选定溶剂中的溶解量。

优选地，所述第一前体溶液通过手工控制或者机械控制的方式以预先设定的速度和体积加入到所述第二前体溶液。

优选地，所述第二前体溶液中还包括表面活性剂，所述表面活性剂包括如下物质中的至少一种：三烷基膦、三烷基氧化膦、烷基胺、烯胺、烷基硫醇、芳基硫醇、烷基芳基硫醇、脂肪酸。

优选地，所述烷基胺为单取代烷基胺、双取代烷基胺、三取代烷基胺中的至少一种，所述脂肪酸为十四酸、油酸、硬脂酸中至少一种