[发明专利]一种颗粒尺寸可控的量子点显示材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于属于光电材料和纳米材料领域，具体涉及一种颗粒尺寸可控的量子点显示材料的制备方法。

背景技术

量子点，又可称为纳米晶，粒径一般介于1～10nm之间，由于电子和空穴被量子限域，连续的能带结构变成具有分子特性的分立能级结构，受激后可以发射荧光。基于量子效应，量子点在太阳能电池，发光器件，光学生物标记等领域具有广泛的应用前景。科学家已经发明许多不同的方法来制造量子点，并预期这种纳米材料在二十一世纪的纳米电子学(nanoelectronics)上有极大的应用潜力。

半导体胶体量子点，具有溶液法制备、容易加工、颜色可调、量子产率高等突出特点，在发光二极管、光源、显示、太阳能电池、荧光标记等光电器件领域具有广泛的应用前景。作为新型的发光材料，发光峰窄、发光颜色可调的特点使其非常适合应用在显示器领域。量子点在显示技术领域的应用主要包括两个方面：基于量子点电致发光特性的量子点发光二极管显示技术和基于量子点光致发光特性的量子点背光源技术。

最近几年，荧光半导体纳米颗粒显示出一系列的重要性。与传统荧光染料相比，它们表现出巨大的优势。由无机核组成的纳米晶，以及无机核的成分和尺寸决定了其光学特性。

量子点表现出优异的荧光性能，对辐射、空气或温度等环境条件表现出高稳定性。围绕在无机核周围的有机分子可稳定溶解于甲苯、己烷、氯仿等有机溶剂。量子点有可能在不失去原有性能的基础上，通过与外部水溶性分子交换有机配体稳定于水介质中。相比于荧光染料，纳米颗粒的光吸收通常更大，因此使用光谱学方法可以检测出很低浓度的粒子甚至是单个粒子。

半导体纳米颗粒是荧光颗粒中研究最多的体系。通过改变这些颗粒的尺寸，可以改变体系的带隙，进而操纵其发射波长。所以这些体系具有非常高的吸引力。量子点尺寸越小，其禁带宽度越大，发射波长越短。这种效应称为量子尺寸效应。

通过对材料的尺寸和组成的设计，可以覆盖整个可见光区至红外光区。

吸收随着最大发射波长移向更短波长而增强，纳米颗粒可以激发所有发射波长以下的光。与有机荧光染料相比，它不需要复位每种染料的激发波长。一整套不同纳米颗粒可激发由单激发波长构成的所有组合，且所有的发射均可被检测。激发后，即光吸收后，半导体纳米晶产生光生电子-空穴对。激子或电子-空穴对可在核内自由移动，直至发生复合或光激发。在这段时间内（通常约10-20 ns），载流子可能束缚在其他地方，从而可能降低发射强度。

为了防止这种情况，半导体纳米颗粒或者说核封闭于钝化无机壳内。这种核/壳结构可提高核颗粒的稳定性。此外，例如CAN 系列A核/壳（CdSe/CdS）和核/壳/壳（CdSe/ZnSe/ZnS）体系的量子产率也可得到提高。

综上所述，量子点制备过程对量子点尺寸的控制极为重要。目前量子点主要通过“自下而上”的原子连接制备，因此量子点的尺寸均一性难以控制。即便得到尺寸均一的量子点材料，由于量子点的点尺寸效应，容易团簇。

有鉴于此，寻求经济可行的方法生产颗粒尺寸稳定可控的量子点，对量子点现实的规模化推广应用有至关重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种颗粒尺寸可控的量子点显示材料的制备方法，选用孔隙分布均匀的气凝胶作为反应载体，将量子点原料前驱物加入气凝胶分散均匀，然后溶剂热反应、干燥、研磨得到不同设计颗粒尺寸和定位的量子点显示材料。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

采用气凝胶为反应载体，以氨基丙基三甲氧基硅烷修饰气凝胶，加入可溶性金属离子盐，利用NH₄⁺的络合作用，把金属离子吸附于气凝胶孔隙内部形成金属离子前驱体混合液。选用硫化钠、硫化钾、碲氢化钠、碲氢化钾、碲、硒中的一种作为S、Se、Te非金属离子源。再将金属离子前驱体混合液装入高压反应釜，在高温高压下，将非金属离子源混合液注入反应釜，在一定温度和压力下处理一定时间后，泄压出反应釜。最后用有机溶剂丙酮和甲苯对组装量子点的气凝胶进行离心沉淀和清洗，后冷冻干燥或者真空干燥，获得组装于气凝胶孔隙内的量子点材料。该量子点材料直接使用或者通过研磨后分散使用。

一种颗粒尺寸可控的量子点显示材料的制备方法，具体制备步骤包括：

（1）气凝胶处理

在室温和惰性气体保护下，将气凝胶颗粒料和溶剂装入烧瓶，再加入氨基丙基三甲氧基硅烷，使其与气凝胶孔隙内部的羟基进行反应，得到预处理的气凝胶混合液；

（2）前驱体混合液配制