一种窄粒径分布的PbS量子点掺杂玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种窄粒径分布的PbS量子点掺杂玻璃，所述量子点玻璃包括玻璃基体和掺杂于所述玻璃基体PbS量子点，所述玻璃组分为：SiO2：45～55mol％；Na2O：20～30mol％；Al2O3：3～10mol％；MO：8～12mol％；ZnO：5‑8mol％，ZnS：1～6mol％；PbO：0.1‑1mol％，其中且上述玻璃各组分之和应为100mol％，其中M代表碱土元素。本发明专利技术所涉及的玻璃组成及其制备方法，能够实现玻璃基质中粒径分布在4.91％至12.37％之间PbS量子点的可控制备；并且玻璃基质中制备的量子点粒径可调，能够实现PbS量子点掺杂玻璃在红外波段的可调荧光，是一种极具应用前景的发光材料。

PbS quantum dot doped glass with narrow particle size distribution and preparation method thereof

The invention discloses a narrow particle size distribution of PbS quantum dots doped glass, the glass comprises a glass substrate and quantum dots doped on the glass substrate of PbS quantum dots, the glass group is divided into: SiO2:45 ~ 55mol% ~ 30mol% ~ Al2O3:3; Na2O:20; 10mol%; MO:8 12mol%; ZnO:5 8mol%, ZnS:1 6mol%; PbO:0.1 1mol%, wherein the glass components and should be 100mol%, where M stands for alkaline earth elements. Glass composition and preparation method of the invention can realize the glass matrix, the particle size distribution in the range of 4.91% to 12.37% can control the preparation of PbS quantum dots in glass matrix; and the quantum dot size is adjustable, can achieve the PbS quantum dot doped glass infrared tunable fluorescence, luminescence one of the most promising materials.

【技术实现步骤摘要】
一种窄粒径分布的PbS量子点掺杂玻璃及其制备方法
本专利技术涉及一种发光功能材料领域，具体涉及一种具有窄粒径分布的PbS量子点掺杂玻璃及其制备方法。
技术介绍
近几十年来量子点材料由于其三维尺寸小于其激子玻尔半径，使其具有量子限域效应、尺寸效应和表面效应等特点，进而展现出许多不同于块体材料独特的光学特性和物理性能。而PbS块体材料的带隙能较小0.41eV，激子玻尔半径较大约20nm，从而使PbS量子点的量子限域效应更明显，带隙可调范围较大，可以实现吸收光谱和发光光谱在近红外到中红外波段的调节，使其在红外探测和近红外荧光领域具有极大的应用潜力。目前量子点的制备方法有很多，主要有溶胶凝胶法、化学合成法和熔融法等。由于量子点表面容易发生表面氧化导致光学性能下降，量子点易团簇，化学稳定性和热稳定性较差等原因，化学法制备的量子点经常需要在量子点表面进行一些保护措施，如有机钝化层或者壳层来进行隔离，从而使其很难实现较宽范围的应用。而玻璃作为一种稳定的无机网络体，使用熔融法在玻璃基质中析出量子点能够为其提供无机环境，防止外部环境对其造成影响，使其具有较好的化学稳定性，且易于制备，价格低廉，从而可以作为量子点的良好载体。但是，在玻璃中制备出的量子点也具有一些缺点，如量子点不易调控，且量子点粒径分布较宽等，进而很大的制约了量子点掺杂玻璃的应用和发展。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种窄粒径分布的PbS量子点掺杂玻璃及其制备方法，该量子点玻璃具有可在近红外到中红外波段调节吸收和发光光谱，并具有较小的半高全宽。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：根据玻璃基质中半导体化合物过饱和溶解度调控机理，采用不同的形式引入S与Pb的前驱体，调控玻璃基质中S与Pb的掺杂浓度，实现玻璃基质中窄粒径分布的PbS量子点的可控制备，实现PbS量子点在玻璃基质中的粒径调控与红外可调窄带荧光。所述热处理制度中温度和时间的调节可以实现量子点的尺寸改变，从而调控其吸收和发光光谱位置。通过吸收谱和发光谱的半高全宽可以发现其粒径分布基本在4.91％至12.37％范围内，同时量子点半径大小在1.27nm至7.01nm范围内，可以实现从600-2400纳米的吸收光谱和发光光谱的调节。本专利技术通过调节组分和热处理制度来得到粒径分布窄的量子点掺杂玻璃，并得到较宽的吸收和发光光谱调控范围。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术制备方法简单，使用常见的原料和熔融及退火处理即可在玻璃基体中析出粒径分布较窄的PbS量子点掺杂玻璃；2、本专利技术制备的PbS量子点掺杂玻璃中量子点热稳定性较好，具有较强的发光性能；3、本专利技术制备的PbS量子点掺杂玻璃中量子点粒径分布在4.91％至12.37％范围内；4、本专利技术制备的PbS量子点掺杂玻璃，其量子点半径大小在1.27nm至7.01nm范围内，可以实现在600-2400纳米范围内的吸收光谱和发光光谱的调节，可以作为红外窄光谱光源使用；5、本专利技术所涉及的玻璃基体中PbS量子点窄粒径分布的制备方法在促进量子点掺杂玻璃的应用方面具有重要的应用价值。附图说明图1为本专利技术实施例1所制备的窄粒径分布的PbS量子点掺杂玻璃的透射电镜(TEM)照片；图2-3分别为本专利技术实施例1所制备的窄粒径分布的PbS量子点掺杂玻璃的吸收和发光光谱；图4-5分别为本专利技术实施例2所制备的PbS量子点掺杂玻璃的吸收光谱和发光光谱；图6-7分别为本专利技术实施例3所制备的PbS量子点掺杂玻璃的吸收光谱和发光光谱；图8-9分别为本专利技术实施例4所制备的PbS量子点掺杂玻璃的吸收光谱和发光光谱；图10-11分别为本专利技术实施例5所制备的PbS量子点掺杂玻璃的吸收光谱和发光光谱；图12-13分别为本专利技术实施例6所制备的PbS量子点掺杂玻璃的吸收光谱和发光光谱。具体实施方式以下结合附图和实施例进一步对本专利技术进行说明，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1制备窄粒径分布的PbS量子点掺杂玻璃，方法如下：1)制备玻璃基体：按照摩尔百分比为50SiO2-25Na2O-5Al2O3-7.2ZnO-10CaO-2ZnS-0.8PbO称量原料并混合均匀后，于1400℃高温炉中熔融后成形，并退火以消除应力。2)制备出PbS量子点掺杂玻璃；将步骤1)所得玻璃分别在520℃、530℃、540℃、550℃和560℃的温度下热处理10h，从而在玻璃基质中制备出平均粒径分别为1.87nm、2.28nm、3.20nm、4.01nm和4.66nm的PbS量子点，其粒径分布分别为7.30％、6.03％、4.91％、5.42％和6.88％。以1.87nm，粒径分布7.30％为例，其粒径大小在1.87±(1.87*7.30％)＝1.73nm-2.01nm范围内。经测试，本实施例所制备窄粒径分布PbS量子点掺杂玻璃的吸收峰中心波长分别为962nm、1142nm、1499nm、1758nm和1927nm，其荧光峰中心波长分别为1104nm、1270nm、1532nm、1773nm和1956nm，荧光峰半高宽分别为153nm、114nm、185nm、213nm和220nm。本实施例所制备的窄粒径分布的PbS量子点掺杂玻璃中确有量子点析出，且具有较强的吸收系数，在800纳米激光激发下具有良好的发光性能。如图1所示为本实施例所制备的窄粒径分布的PbS量子点掺杂玻璃的TEM照片，从中可以看出本实施例量子点在玻璃基质中的均匀析出。图2所示为本实施例所制备的窄粒径分布的PbS量子点掺杂玻璃的不同温度热处理下的吸收光谱图，从图中可以看到未热处理样品没有明显吸收峰，热处理后有明显的吸收峰出现，且可实现在1000-1900纳米近红外波段调节，且随热处理温度的升高，其吸收峰向长波段移动。图3所示为本实施例所制备的窄粒径分布的PbS量子点掺杂玻璃的荧光光谱图，其发光峰位置可以实现在1100-2000纳米的近红外区域移动，且半高全宽基本在200nm左右，发光峰位置随热处理温度的升高而发生红移。实施例2制备窄粒径分布的PbS量子点掺杂玻璃，方法如下：1)制备玻璃基体：按照摩尔百分比为52SiO2-20Na2O-7Al2O3-6.4ZnO-11CaO-3ZnS-0.6PbO，称量原料并混合均匀后，于1400℃高温炉中熔融后成形，并退火以消除应力。2)制备出PbS量子点掺杂玻璃；将步骤1)所得玻璃分别在510℃、520℃、530℃、540℃、550℃和560℃的温度下热处理10h，从而在玻璃基质中制备出平均粒径分别为1.34nm、1.49nm、2.16nm、2.40nm、3.10nm和4.02nm的PbS量子点，其粒径分布分别为10.18％、10.05％、6.86％、5.89％、6.19％和7.18％。经测试，本实施例所制备窄粒径分布PbS量子点掺杂玻璃的吸收峰中心波长分别为703nm、787nm、1079nm、1179nm、1459nm和1752nm,其荧光峰中心波长分别为965nm、1016nm、1246nm、1303nm、1538nm和1756nm，荧光峰半高宽分别为177nm、167nm、135nm、136nm、177nm和215nm。如图4-5所示分别为本实施例所制备的PbS量子点掺杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种窄粒径分布的PbS量子点掺杂玻璃，其特征在于，所述量子点玻璃包括玻璃基体和掺杂于所述玻璃基体PbS量子点，所述玻璃组分为：SiO2：45～55mol％；Na2O：20～30mol％；Al2O3：3～10mol％；MO：8～12mol％；ZnO：5‑8mol％，ZnS：1～6mol％；PbO：0.1‑1mol％，其中且上述玻璃各组分之和应为100mol％，其中M代表碱土元素。

【技术特征摘要】
1.一种窄粒径分布的PbS量子点掺杂玻璃，其特征在于，所述量子点玻璃包括玻璃基体和掺杂于所述玻璃基体PbS量子点，所述玻璃组分为：SiO2：45～55mol％；Na2O：20～30mol％；Al2O3：3～10mol％；MO：8～12mol％；ZnO：5-8mol％，ZnS：1～6mol％；PbO：0.1-1mol％，其中且上述玻璃各组分之和应为100mol％，其中M代表碱土元素。2.根据权利要求1所述的窄粒径分布的PbS量子点掺杂玻璃，其特征在于，玻璃中所含的PbS量子点半径大小在1.27nm至7.01nm范围内，粒径分布范围在4.91％至12.37％范围内。3.根据权利要求1所述的PbS量子点掺杂玻璃，其特征在于，所述玻璃组分中前驱体硫化锌与氧化铅的摩尔比应为2～40。4.根据权利要求1所述的PbS量子点掺杂玻璃，其特征在于，所述玻璃组分中前驱体氧化锌、硫化锌与氧化铅组分含量之和不应...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘超，张文超，韩建军，赵修建，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42