[发明专利]一种多色发光固态硅点粉末及其制备方法多功能应用

说明书

本发明属于荧光纳米材料合成技术领域，公开了一种多色发光固态硅点粉末及其制备方法和多功能应用。该多色发光固态硅点粉末的发射峰位置从蓝光延伸到橙红光，并且具有良好的热稳定性能和抗光漂白性能。本发明还公开了这种多色发光固态硅点粉末在固态照明和农用转光膜领域的应用。与现有的技术相比，该反应原料简单易得，反应条件温和，仅仅通过一步高温退火处理，即可获得。由于该多色发光固态硅点粉末独特的多色发射特性，获得了相关的多色发光二极管器件和转光膜，以探索其在固态照明和农用转光膜领域的应用前景。本发明解决了现有光电子器件领域和传感领域因缺乏多色固态发光硅点制备工艺而无法规模化生产的问题。

技术领域

本发明属于荧光纳米材料合成技术领域，特别涉及一种多色发光固态硅点粉末及其制备方法和多功能应用。

背景技术

与传统有机染料相比，半导体量子点具有吸收波长范围宽、荧光光谱窄、荧光量子效率高、耐化学漂白等优点。它们在光电子器件、传感和生物成像方面具有广阔的应用前景。但是含镉和铅的量子点毒性高，限制了它们的实际应用。

硅点是一种体积小于5nm的球形硅基纳米材料，具有丰度高、无毒或低毒、荧光量子效率高、光稳定性好等优点，有望成为含镉和铅量子点的替代品。这些优点使得硅点得到了广泛的关注，并激发了其在光电子、传感、生物成像和光转换等领域的潜在应用。

然而，制备多色发光固态硅点粉末的方法和机理尚不清楚。这些缺点限制了它们的广泛应用，因为固态荧光颜色从蓝色到红色都是光电子器件和传感应用所必需的。

目前，大多数研究都集中于调控硅点溶液荧光颜色，很少报道硅点粉末的固态荧光。虽然有报道提及硅点粉末的单一蓝色固态荧光，但并没有提供任何机理来解释硅点粉末为什么能够抵抗聚集引起的自猝灭，更不用说构建多色固态发光硅点粉末。

在IV类发光纳米粒子中，碳点的固态荧光一直是研究热点。但是碳点由于过度能量共振转移和直接π-π交互通常表现为自猝灭荧光。此外，由于碳点粉末具有吸湿性，通常难以获得。与碳点粉末相比，硅点粉末具有不潮解的特点，容易获得。但由于缺乏足够的实验和理论知识，获得多色发光固态硅点粉末仍然是一项具有挑战性的工作。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种多色发光固态硅点粉末；该多色发光固态硅点粉末具有良好的热稳定性和抗光漂白性，荧光效果显著；它有望成为固态照明和农用转光膜领域的新型材料。

本发明的再一目的在于提供一种上述多色发光固态硅点粉末的制备方法；该制备方法简单、快捷。

本发明的又一目的在于提供上述多色发光固态硅点粉末的多功能应用，解决了现有在固态照明和农用转光膜领域缺乏多色固态发光硅点制备工艺而无法规模化生产的问题。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种多色发光固态硅点粉末，该多色发光固态硅点粉末的平均粒径为100nm，在400nm激发波长激发下，分别发蓝光，绿光，黄光和橙红光，发射峰位置分别为455nm，534nm，593nm和613nm。

上述的多色发光固态硅点粉末的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)在通氮气的条件下，向还原剂的水溶液中加入硅烷偶联剂，充分混合后在150-220℃下反应6-16h，反应完成后将所得混合体系降至室温并进行透析，得到荧光硅点溶液；

(2)将步骤(1)所得的荧光硅点溶液进行冷冻干燥，得到固态硅点粉末；

(3)将步骤(2)所得的固态硅点粉末在100-400℃高温退火处理10min，或在200℃高温退火处理2-180min即得到多色发光固态硅点粉末。

步骤(1)中所述还原剂为柠檬酸钠、柠檬酸、抗坏血酸、抗坏血酸钠、叶酸、顺丁烯二酸、氨基苯酚或邻苯二酚。