[发明专利]一种复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种复合材料及其制备方法，所述复合材料包括硅量子点和结合在所述硅量子点表面的烷烃基、烯基取代的烃基、苯基取代的烃基和胺基取代的烃基中的一种。对硅量子点表面进行氢化或卤化后，使表面的Si与H或卤素原子结合成键，钝化其表面缺陷并阻止氧化。进一步的，通过使表面结合有氢的硅量子点和表面结合有卤素原子的硅量子点与化合物反应，可进一步增强钝化效果。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种硅量子点复合材料及其制备方法。

背景技术

硅作为一种重要的半导体材料，因其成熟的加工工艺、优异的电学性能和丰富的资源储量，已经成为当今半导体产业的基础。硅量子点具有制备原料廉价易得，制备简单，性质优良等特点，让其在光电、光伏和生物标记等领域发挥重要作用，具有很好的应用前景。作为纳米材料的一个重要分支，它是兼具有半导体材料和纳米材料的性质，其形貌近似于球形，粒径在10nm以下。

但是，硅量子点有一个明显的不足，即难以高效率地发光，这主要是因为硅是间接带隙半导体，电子与空穴的复合需要声子的参与，导致其辐射复合几率极低。硅是一种间接带半导体（导带和价带不在同一k空间），在晶体中禁止直接带隙光跃迁。在发光过程中，电子受到激发，从价带到导带中，不仅需要吸收能量，而且要改变动量，这是硅量子点发光强度较弱的原因。量子约束模型认为硅量子点的光致发光现象，这认为是空间约束通过零声子跃迁产生了一些补充辐射衰减通道，使硅成为一种伪直接带隙材料。

硅量子点即使在量子空间约束下形成跃迁通道，但其发光效果仍然比较差。同时，与体相硅相似，硅量子点在空气中容易发生氧化，这导致硅量子点外部形成一层二氧化硅。硅量子点的电子和光学性质显著地依赖于尺寸和表面状态。由于量子限域效应，硅量子点的禁带宽度一般会随硅量子点尺寸的减小而增加，从而导致硅量子点的光吸收和发光能量随着尺寸减小而蓝移和减弱。由于硅量子点表面被氧化形成了一层二氧化硅，这间接缩小了量子点的有效尺寸，导致其发光性能也发生改变。

发明内容

一种复合材料，其中，所述复合材料包括硅量子点和结合在所述硅量子点表面的烷烃基、烯基取代的烃基、苯基取代的烃基和胺基取代的烃基中的一种。

对硅量子点表面进行氢化或卤化后，使表面的Si与H或卤素原子结合成键，钝化其表面缺陷并阻止氧化。进一步的，通过使表面结合有氢的硅量子点和表面结合有卤素原子的硅量子点与化合物反应，可进一步增强钝化效果。

一种复合材料的制备方法，包括如下步骤：

提供硅量子点；

在碱性条件下，将所述硅量子点与还原剂混合并加热，得到表面结合有氢原子的硅量子点；

将所述表面结合有氢原子的硅量子点的第一化合物混合进行加成反应，得到所述复合材料，所述第一化合物为含有不饱和键的有机化合物。

通过加入还原剂并加热，使氢原子钝化硅量子点上表面，形成Si-H键。然后，利用将含有不饱和键的第一化合物通过加成反应以有机基团连接到硅量子点表面。对于经过有机化合物钝化后的小尺寸硅量子点，其载流子限制在量子点内部，难以隧穿到钝化层表面，这种表面效应使辐射复合几率和荧光效率提高。

一种复合材料的制备方法，包括如下步骤：

提供硅量子点；

将所述硅量子点与还原剂混合并加热，得到表面结合有氢原子的硅量子点；

将所述表面结合有氢的硅量子点与卤化剂混合并加热，得到表面结合有卤素原子的硅量子点；

将所述表面结合有卤素原子的硅量子点与第二化合物混合进行取代反应，得到所述复合材料，所述第二化合为有机格氏试剂或有机胺。