一种纳米晶掺杂光学玻璃的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米晶掺杂光学玻璃的制备方法，属于光学材料制备技术领域。首先将油溶性半导体纳米晶材料与高沸点有机溶剂相混合，加入表面配体，得到反应产物，将反应产物溶于溶剂中，得到醇溶性纳米晶材料；制备包括醇溶剂、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、二乙氧基二甲基硅烷、(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷的预混合液，将醇溶性纳米晶材料或油溶性纳米晶材料与预混合液相混，加入添加剂，形成溶胶后，密封，静置固化，得到光学玻璃材料。本制备方法的工艺过程简单，无需高温高压实验环境，因此产品成本低廉，形成光学玻璃的预混合液可长时间不固化，便于运输和储存。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，属于光学材料制备
。首先将油溶性半导体纳米晶材料与高沸点有机溶剂相混合，加入表面配体，得到反应产物，将反应产物溶于溶剂中，得到醇溶性纳米晶材料；制备包括醇溶剂、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、二乙氧基二甲基硅烷、(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷的预混合液，将醇溶性纳米晶材料或油溶性纳米晶材料与预混合液相混，加入添加剂，形成溶胶后，密封，静置固化，得到光学玻璃材料。本制备方法的工艺过程简单，无需高温高压实验环境，因此产品成本低廉，形成光学玻璃的预混合液可长时间不固化，便于运输和储存。【专利说明】
本专利技术涉及，属于光学材料制备
。
技术介绍
光学玻璃是光电技术产业的基础和重要组成部分。特别是在20世纪90年代以后，随着光学与电子信息科学、新材料科学的不断融合，作为光电子基础材料的光学玻璃在光传输、光储存和光电照明显示三大领域的应用更是突飞猛进，成为社会信息化尤其是光电信息技术发展的基础条件之一。光学玻璃主要作用是改变光的传播方向，或改变紫外、可见以及红外光的相对光谱分布。目前常用的光学玻璃主要通过在玻璃中掺入稀土元素或重金属元素，从而达到改变玻璃折射率、光谱透过率的效果。除了常用的透镜、棱镜和反射镜等无色光学玻璃外，广义的光学玻璃还包括有色光学玻璃、激光玻璃、光转换玻璃、石英光学玻璃、抗辐射玻璃、紫外红外光学玻璃和光致变色玻璃等。其中，光转换玻璃是一类可对光功率分布进行调节的光学玻璃材料，在照明显示领域有着极为广泛的应用前景。但是目前的光转换玻璃依然依靠稀土或重金属掺杂的方式制备，其光转换效率较低，而且可转换的波长范围受限，不易调节。半导体纳米晶是一类新型光电材料，目前制备工艺较为成熟的有I1-VI族、II1-V族、1-1I1-VI族以及金、银等贵金属纳米晶材料，这些材料具有尺寸小、易分散、制备方法简便、对光波具有选择透过性、发射光谱可精细调控、发光效率高等特点，在显示照明、光电转换、光电探测、激光以及非线 性光学领域有着广泛的应用前景。然而，目前半导体纳米晶材料主要通过油相溶液化学法合成，得到的半导体纳米晶材料主要以胶体的形式分散于有机溶剂中，不便于使用和储存；同时，由于其粒径小，比表面积大，使得其胶体粒子的光、热及化学稳定性较差，这些问题都极大地限制了半导体纳米晶在光学
的应用。将半导体纳米晶材料与二氧化硅、二氧化钛等透明介质复合制备出一种光学玻璃，使其具有纳米晶独特的光学性质的同时能够保持玻璃材料的高透明性且具有一定的力学强度，可用于LED白光照明、生态转光照明、显示器背光源以及非线性光学研究等领域，具有重要的应用价值和潜在的市场前景。在这一方面，前人已经做过很多尝试，然而目前还没有完美的路线能够制备半导体纳米晶掺杂的光学玻璃，所存在的主要问题如下:(I)由于界面相容性问题，无法在高掺杂浓度的同时保持光学玻璃器件的透明性。(2)复合过程对纳米晶破坏严重，其荧光性能变差。(3)由于溶胶-凝胶法制备二氧化硅块体材料容易发生开裂的情况，无法获得大面积且形状规则的光学玻璃器件。(4)掺杂方法适用的半导体纳米晶种类少，应用范围受到限制。综上所述，由于目前高质量的半导体纳米晶材料主要通过油相溶液法合成，获得的油溶性纳米颗粒与溶胶-凝胶法的醇-水体系兼容性差，无法获得具有高质量光学性能的复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出，针对上述问题，提供了一种通过溶胶-凝胶法制备掺杂有纳米晶的光学玻璃的工艺流程以获得掺杂有高浓度纳米晶的高透明性大面积光学玻璃。因此本专利技术的目的之一在于提供一种工艺简便、产率高、能够很好保持纳米晶荧光性能的配体交换方法，以获得高质量的醇溶性纳米晶材料。本专利技术的目的之二在于提供一种基于上述配体交换方法获得的纳米晶材料或油溶性纳米晶材料，通过溶胶-凝胶法与二氧化硅等透明介质复合获得光学玻璃的制备工艺；本专利技术的目的之三在于提供所述光学玻璃在LED照明、显示器背光源及滤光片等器件中的应用方案。 本专利技术提出的纳米晶掺杂光学玻璃的制备方法，包括以下步骤:(I)将油溶性半导体纳米晶材料按I~50mg/mL的质量浓度与高沸点有机溶剂相混合，在高纯氮气或氩气惰性气体保护下加热至120~200°C，得到混合溶液；其中所述的半导体纳米晶材料为 Au、CuInS2/ZnS、CuInSe2/ZnS、InP, ZnSe, CdSe/ZnS、Cul8S 或 Fe3O4 中的任何一种，所述的高沸点有机溶剂为十八烯、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙二醇、丙三醇、三辛基磷或三辛基氧磷中的任何一种；(2)向上述混合溶液中加入表面配体，加入的摩尔比为:混合溶液:表面配体=(I~1000): 1，经过5~30分钟的搅拌，得到反应产物，其中所述的表面配体为6-巯基己醇、6-氨基己醇、11-巯基十一醇、11-巯基十一烷酸或谷胱甘肽中的任何一种；(3)将步骤⑵的反应产物溶于溶剂中，所述的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、N，N_二甲基甲酰胺或二甲基亚砜，再加入丙酮或正己烷，得到沉淀，对沉淀进行离心分离，离心分离转速为7000rpm，离心分离时间为3分钟后，倒去上清液取下层沉淀，重复本步骤二到三次，得到醇溶性纳米晶材料；(4)将醇溶剂、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、二乙氧基二甲基硅烷、(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷按表1所示体积比共混，得到预混合液，所述的醇溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或正丁醇中的任何一种；表1预混合液各组分体积比【权利要求】1.，其特征在于该方法包括以下步骤: (1)将油溶性半导体纳米晶材料按1~50mg/mL的质量浓度与高沸点有机溶剂相混合，在高纯氮气或氩气惰性气体保护下加热至120~200°C，得到混合溶液；其中所述的半导体纳米晶材料为 Au、CuInS2/ZnS、CuInSe2/ZnS、InP, ZnSe, CdSe/ZnS、Cul8S 或 Fe3O4 中的任何一种，所述的高沸点有机溶剂为十八烯、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙二醇、丙三醇、三辛基磷或三辛基氧磷中的任何一种； (2)向上述混合溶液中加入表面配体，加入的摩尔比为:混合溶液:表面配体=(I~1000):1，经过5~30分钟的搅拌，得到反应产物，其中所述的表面配体为6-巯基己醇、6-氨基己醇、11-巯基十一醇、11-巯基十一烷酸或谷胱甘肽中的任何一种； (3)将步骤(2)的反应产物溶于溶剂中，所述的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、N，N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜，再加入丙酮或正己烷，得到沉淀，对沉淀进行离心分离，离心分离转速为7000rpm，离心分离时间为3分钟后，倒去上清液取下层沉淀，重复本步骤二到三次，得到醇溶性纳米晶材料； (4)将醇溶剂、(3_疏基丙基)二甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、二乙氧基二甲基硅烷、(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷按表1所示体积比共混，得到预混合液，所述的醇溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或正丁醇中的任何一种； 表1预混合液各组分体积比 【文档编号】C03C14/00GK104016590SQ201410177799【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日 【专利技术者】钟海政, 柏泽龙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米晶掺杂光学玻璃的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)将油溶性半导体纳米晶材料按1～50mg/mL的质量浓度与高沸点有机溶剂相混合，在高纯氮气或氩气惰性气体保护下加热至120～200℃，得到混合溶液；其中所述的半导体纳米晶材料为Au、CuInS2/ZnS、CuInSe2/ZnS、InP、ZnSe、CdSe/ZnS、Cu1.8S或Fe3O4中的任何一种，所述的高沸点有机溶剂为十八烯、N,N‑二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙二醇、丙三醇、三辛基磷或三辛基氧磷中的任何一种；(2)向上述混合溶液中加入表面配体，加入的摩尔比为：混合溶液:表面配体＝(1～1000):1，经过5～30分钟的搅拌，得到反应产物，其中所述的表面配体为6‑巯基己醇、6‑氨基己醇、11‑巯基十一醇、11‑巯基十一烷酸或谷胱甘肽中的任何一种；(3)将步骤(2)的反应产物溶于溶剂中，所述的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、N,N‑二甲基甲酰胺或二甲基亚砜，再加入丙酮或正己烷，得到沉淀，对沉淀进行离心分离，离心分离转速为7000rpm，离心分离时间为3分钟后，倒去上清液取下层沉淀，重复本步骤二到三次，得到醇溶性纳米晶材料；(4)将醇溶剂、(3‑巯基丙基)三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、二乙氧基二甲基硅烷、(3‑氨基丙基)三乙氧基硅烷按表1所示体积比共混，得到预混合液，所述的醇溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或正丁醇中的任何一种；表1预混合液各组分体积比(5)将上述步骤(3)得到的醇溶性纳米晶材料或步骤(1)中的油溶性纳米晶材料按质量分数为1％～50％分散到步骤(4)的预混合液中，并按添加剂与预混合液的体积比为(0～2):10加入添加剂，然后按去离子水:预混合液的体积比为(0.5～3):10加入去离子水，混合均匀，形成溶胶后，密封于聚丙烯或特氟龙材质模具中，在10℃～100℃的温度下静置固化5～30天，得到掺杂有半导体纳米晶的光学玻璃材料，其中所述的添加剂为6‑巯基己醇、6‑氨基己醇、11‑巯基十一醇、11‑巯基十一烷酸、或谷胱甘肽中的任何一种。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟海政，柏泽龙，樊世成，邹炳锁，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11