已经发现某些二硫代化合物是用于量子点(QD)纳米粒子的优秀封端配体。二硫代配体的实例包括二硫代氨基甲酸酯或盐配体。这些强结合的配体能够配位至纳米粒子表面上的正原子和负原子二者。所述配体是二齿的，并且因此它们向QD表面的接近不像单齿配体的接近那样是空间位阻的。这些配体因此可以完全充满QD表面。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用：本申请要求2014年2月7日提交的美国临时申请号61/937,073的权益。关于联邦资助的研究或开发的声明：不适用专利技术背景1.专利
本专利技术总体上涉及半导体纳米粒子(“量子点”)。更具体地，其涉及在其外表面上具有封端配体的半导体纳米粒子。2.包括根据37CFR 1.97和1.98公开的信息的相关领域的描述。在通常被称为量子点(QD)和/或纳米晶体的具有大约2-100nm的等级的化合物半导体粒子的制备和表征方面，已经存在相当大的兴趣。这主要是因为它们的尺寸可调节的电子、光学和化学性质。例如，许多QD在电磁波谱的可见光区中显示出相对强的发射。此外，吸收和发射的光的波长是QD的尺寸的函数。由于它们独特的光学性质，QD是用于多种商业应用的有前景的材料，例如生物标记、太阳能电池、催化、生物成像、发光二极管、以及许多新型和新兴应用。迄今为止，最多研究和制备的半导体材料是II-VI材料，即ZnS、ZnSe、CdS、CdSe、CdTe——最值得一提的是CdSe，这是由于其在光谱的可见光区中的可调性。如提到的，半导体纳米粒子是学术和商业上令人感兴趣的，这是由于它们与相同半导体材料的相应晶体大块形式的性质相比独特的性质。均与单个纳米粒子的尺寸有关的两个基本因素是造成其独特性质的原因。第一个是大的表面与体积比。随着粒子变得更小，表面原子的数量与内部原子的数量的比率增加。这导致表面性质在小粒子的总体性质中起着重要的作用。第二个因素是，对于半导体纳米粒子来说，存在着材料的电子性质随粒子尺寸的变化。具体地，随着粒子尺寸减小，带隙逐渐变宽。这种带隙的变化是因为量子限制效应(quantum confinement effect)。这种效应是“盒中电子(electron ina box)”的限制的结果，其产生类似于在原子和分子中观察到的离散能级，而不是在相应的大块半导体材料中观察到的连续能带。因此，对于半导体纳米粒子来说，通过光子的吸收而产生的“电子和空穴”比在相应的粗晶材料中更靠近在一起，引起电子和空穴之间的不可忽略的库伦相互作用。这导致了取决于粒度和组成的窄带宽发射。因此，量子点具有比相应的粗晶材料更高的动能，并且第一激子跃迁(带隙)的能量随着粒径减小而增加。因此，具有较小直径的量子点比具有较大直径的量子点吸收和发射更高能量的光。换句话说，可以根据粒径“调节”吸收和发射的光的颜色。归因于在位于纳米粒子表面上导致非辐射电子-空穴复合的缺陷和悬挂键(dangling bond)处发生的电子-空穴复合，由单一半导体材料组成的单一核纳米粒子倾向于具有较低的量子效率。消除缺陷和悬挂键的一种方法是在核粒子表面上生长具有宽带隙的第二半导体材料的壳以制备“核-壳粒子”。壳半导体材料优选具有与核材料的小晶格错配从而使两种材料之间的界面最小化。核-壳粒子将被限制在核中的电荷载流子从表面状态中分离，否则表面状态会起非辐射复合中心的作用。常见的实例是在CdSe核的表面上生长的ZnS。过度的应变可能会进一步造成导致低量子效率的缺陷和非辐射电子-空穴复合。已经报道了多种用于制备半导体纳米粒子的合成方法。早期途径应用常规胶体水性化学，而较近的方法涉及使用有机金属化合物的纳米微晶的动力学控制的沉淀。因为QD的光学性质是尺寸依赖性的，通常理想的是制备具有高单分散度(即具有在群中的QD的尺寸的高均匀度)的QD群。此外，具有高量子产率(QY，发射的光子与吸收的光子的比率)的QD群是理想的。已经报道了制备具有高单分散性并且具有大于50％的量子产率的半导体QD的方法。这些方法中的大多数基于由Murray、Norris和Bawendi，M.G.J.Am.Chem.Soc.1993，115，8706描述的最初的“成核和生长”方法。Murray等人最初使用金属-烷基(R2M)(M＝Cd、Zn、Te；R＝Me、Et和三正辛基硫化/硒化膦(TOPS/Se))溶解在三正辛基膦(TOP)中的有机金属溶液。将这些前体溶液在120-400℃的温度范围内注入至热的三正辛基氧化膦(TOPO)中。这制备了TOPO涂布/封端的II-VI材料的半导体纳米粒子。可以通过温度、所使用的前体的浓度、和合成的时间长度来控制粒子的尺寸。这种有机金属途径具有超过其他合成方法的优点，包括接近的单分散性和高的粒子结晶度。在常规QD中使用的镉和其他受限的重金属是高毒性的并且在商业应用中表现出严重的担忧。含镉QD的固有毒性妨碍了它们在包括动物或人的任何用途中使用。例如，近期研究显示，除非受到保护，由镉硫属化物半导体材料制成的QD在生物环境中可能是细胞毒性的。具体地，通过多种途径的氧化或化学侵蚀可能会导致可以被释放至周围环境中的QD表面上的镉离子的形成。尽管表面涂层如ZnS可以明显地降低毒性，但它不可能将其完全消除，因为QD可以长时间在细胞中停留或在身体中积累，在此期间，它们的涂层可能会经历将富镉核暴露的某类降解。毒性还影响包括光电子和通讯在内的应用，因为重金属系材料广泛用于包括家用电器如IT和电信设备、照明设备、电学和电子工具、玩具、休闲和运动设备在内的许多商业产品。在世界的许多区域已经实施了限制或禁止商业产品中某些重金属的法规。例如，被称为“在电子设备中限制使用有害物质”(或RoHS)的欧盟指令2002/95/EC禁止了含有大于某些水平的铅、镉、汞、六价铬以及多溴联苯(PBB)和多溴二苯醚(PBDE)阻燃剂的电气和电子设备的销售。作为该命令的结果，制造商需要寻找备选材料并且开发用于形成常见电子设备的新型工程工艺。另外，在2007年6月1日，关于化学品及其安全使用的欧共体法规开始生效(EC 1907/2006)。该法规涉及化学物质的注册、评估、授权和限制，并且被称为“REACH”。REACH法规赋予企业更多的责任，以管控来自化学品的风险并且提供关于物质的安全性信息。预计类似的法规将会扩大到世界范围。因此，存在明显的经济刺激以开发II-VIQD材料的替代方案。归因于它们增加的共价性质，III-V和IV-VI高结晶性半导体纳米粒子更难以制备并且通常需要长得多的退火时间。然而，现在有以与用于II-VI材料的方式相似的方式制备III-VI和IV-VI材料的报道。这样的III-VI和IV-VI材料的实例包括GaN、GaP、GaAs、InP、InAs以及PbS和PbSe。对于全部以上方法来说，快速的粒子成核和随后的缓慢的粒子生长对于窄粒度分布来说是必需的。所有这些合成方法基于Murray等人的最初的有机金属“成核和生长”方法，其涉及将前体快速注入至路易斯碱配位溶剂(封端剂)的热溶液中。较冷的溶液的加入降低了反应温度并且辅助粒子生长但是抑制了进一步成核。之后将温度维持一段时间，并且所得粒子的尺寸取决于反应时间、温度、和封端剂与所使用的前体的比率。将所得溶液冷却，接着加入过量的极性溶剂(甲醇或乙醇或有时丙酮)以产生可以通过过滤或离心分离的粒子的沉淀。通常，较大粒子比较小粒子更容易沉淀。因此，沉淀提供了将量子点根据其尺寸分离的手段。需要多个沉淀步骤以实现窄粒度分布。根本上，这些现有技术制品依赖于粒子成核之后接着生长的原理。该原理依赖于纳米粒子成核步骤(在高温下)与纳米粒子生长步骤(在较本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种量子点(QD)纳米粒子，所述QD纳米粒子包含多个第一二硫代氨基甲酸酯或盐封端配体。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.07 US 61/937,0731.一种量子点(QD)纳米粒子，所述QD纳米粒子包含多个第一二硫代氨基甲酸酯或盐封端配体。2.权利要求1中所述的QD纳米粒子，其中所述二硫代氨基甲酸酯或盐封端配体具有选自由下列各项组成的组的式：其中R是官能团。3.权利要求2中所述的QD纳米粒子，其中R包含亲水基团。4.权利要求2中所述的QD纳米粒子，其中R包含两亲性部分。5.权利要求2中所述的QD纳米粒子，所述QD纳米粒子还包含多个具有以下式的第二二硫代氨基甲酸酯或盐封端配体：其中R’是烷基并且R选自由包含亲水基团的官能团和包含两亲性部分的官能团组成的组。6.权利要求5中所述的QD纳米粒子，其中R’是乙基。7.一种量子点(QD)纳米粒子，所述QD纳米粒子包含多个第一二硫代碳酸酯或盐封端配体。8.权利要求7中所述的QD纳米粒子，其中所述二硫代碳酸酯或盐封端配体具有以下通式结构其中R和R’是官能团。9.权利要求8中所述的QD纳米粒子，其中R和R’是烃。10.权利要求8中所述的QD纳米粒子，其中所述R基团是在C12位置具有羧酸官能性的C12烃链。11.一种用...
【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文·丹尼尔斯，阿伦·纳拉亚纳斯瓦米，
申请(专利权)人：纳米技术有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB
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