一种量子点及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种量子点及其制备方法，其中，所述量子点包括量子点核，包覆所述量子点核的金属层，包覆所述金属层的半导体壳层，其中，所述金属层中的金属元素选自Zn、Hg、Al、Ga和In中的一种或多种。所述金属层能够以量子点核表面的配体作为连接纽带，从而与量子点核相键合，促使量子点核表面活化，有利于进一步的量子点外半导体壳层生长反应；同时所述金属层中的金属原子与量子点核通过上述键合所形成的晶体结构，能够有效地钝化量子点核表面、减少其表面缺陷并减小核壳之间的晶格失配，从而增强量子点材料的发光效率和尺寸均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种量子点及其制备方法
本专利技术涉及量子点
，尤其涉及一种量子点及其制备方法。
技术介绍
量子点是一种在三个维度上均被限制在纳米数量级的特殊材料，这种显著的量子限域效应使得量子点具有了诸多独特的纳米性质，如发射波长连续可调、发光波长窄、吸收光谱宽、发光强度高、荧光寿命长以及生物相容性好等。这些特点使得量子点材料在生物标记、平板显示、固态照明、光伏太阳能等领域均具有广泛的应用前景。量子点的尺寸通常在20nm以下，因此量子点材料的比表面积非常大，量子点的表面特性和性质对于量子点的性能影响非常显著。量子点表面存在着大量的悬挂键，这些悬挂键中一部分连接着反应过程中所加入的有机配体（例如有机胺类、有机羧酸类、有机磷、硫醇等），另一部分则暴露于外界环境，容易与外界环境发生反应，同时暴露的悬挂键会在能带隙中形成缺陷态和缺陷能级，这也是造成非辐射跃迁损失并导致量子点发光效率降低的重要原因。因此，为了提高量子点的发光效率，需要尽可能地消除量子点表面暴露的悬挂键。现有技术通常采用两种方法来消除量子点表面暴露的悬挂键，从而有效钝化量子点：一是通过在暴露的悬挂键上连接有机配体；二是通过在暴露的悬挂键外继续生长无机外半导体壳层。因此制备具有核壳结构的量子点已经成为实现量子点优异光学性能所普遍采用的方案。当前用于光电领域的半导体胶体量子点大多是通过金属有机物热分解合成法来制备的。在这种方法中，阴离子的前驱体和第一金属前驱体的反应体系在高温下达到反应物的瞬间过饱和，从而发生短时间内的成核反应和后续的生长反应，最终形成具有良好尺寸单分布性的量子点。在光电领域的半导体量子点材料体系中，无镉量子点由于不仅具有量子点优异的发光特性且同时不含重金属镉（Cd）的特点而越来越受到关注。但在发光效率和发光纯度（即发光峰宽度）等光电应用中非常重要的指标比较中，无镉量子点的性能还是会显著落后于经典的含镉量子点体系（如CdSe）。无镉量子点的制备目前普遍采用的是与含镉量子点类似的金属有机物热分解热注入法，在量子点结构设计上也同样采用核壳结色来提高无镉量子点的发光效率和材料稳定性。但是由于无镉量子点核、制备所使用的前驱体种类和活性等方面与含镉量子点所存在的差异，使得无镉量子点在核壳结构体系的形成中要想实现更少晶体缺陷、更均匀尺寸分布等要求会变得更加困难，这也是造成目前无镉量子点的性能要大大落后于含镉量子点体系的主要原因。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种量子点及其制备方法与应用，旨在解决现有无镉量子点材料的发光效率较低的问题。本专利技术的技术方案如下：一种量子点，其中，所述量子点包括量子点核，包覆所述量子点核的金属层，包覆所述金属层的半导体壳层，其中，所述金属层中的金属元素选自Zn、Hg、Al、Ga和In中的一种或多种。所述的量子点，其中，所述量子点核的材料选自III-V族半导体材料或III-V族半导体材料与II-VI族半导体材料所组成的合金半导体材料。所述的量子点，其中，所述量子点核的材料为III-V族半导体材料，所述III-V族半导体材料选自GaN、GaP、GaAs、InP、InAs、InAsP、GaAsP、InGaP、InGaAs和InGaAsP中的一种。所述的量子点，其中，所述量子点核的材料为III-V族半导体材料与II-VI族半导体材料所组成的合金半导体材料，所述III-V族半导体材料选自GaN、GaP、GaAs、InP、InAs、InAsP、GaAsP、InGaP、InGaAs和InGaAsP中的一种，所述II-VI族半导体材料选自ZnSe、ZnS、ZnTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSe、HgS、HgTe、HgSeS、HgSeTe和HgSTe中的一种。所述的量子点，其中，所述半导体壳层的材料为II-VI族半导体材料。所述的量子点，其中，所述半导体壳层的II-VI族半导体材料选自ZnSe、ZnS、ZnTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSe、HgS、HgTe、HgSeS、HgSeTe和HgSTe中的一种。所述的量子点，其中，所述量子点的发光峰波长范围为400-700纳米。所述的量子点，其中，所述量子点的发光峰的半高峰宽范围为20-100纳米。所述的量子点，其中，所述量子点核的材料选自InP或InGaP，所述金属层中的金属元素选自Zn或Ga；进一步的，所述的量子点，其中，所述半导体壳层的材料选自ZnSe、ZnS和ZnSeS中的一种。所述的量子点，其中，所述量子点核的材料为III-V族半导体材料和II-VI族半导体材料所组成的合金半导体材料，所述金属层的金属元素选自Zn。进一步的，所述的量子点，其中，所述III-V族半导体材料和II-VI族半导体材料所组成的合金半导体材料选自InPZnS、InPZnSe、InPZnSeS、InGaPZnSe、InGaPZnS和InGaPZnSeS中的一种。进一步的，所述的量子点，其中，所述半导体壳层的材料选自ZnSe、ZnS和ZnSeS中的一种。所述的量子点，其中，所述量子点的粒径为4-8nm。进一步的，所述的量子点，其中，所述量子点为蓝光量子点，所述量子点核的粒径为2-4nm，所述金属层中的金属元素选自Zn。进一步的，所述的量子点，其中，所述量子点为红光量子点或者绿光量子点，所述量子点核的粒径为4-6nm，所述金属层中的金属元素选自Zn或Ga。所述的量子点，其中，所述量子点包括量子点核，包覆所述量子点核的第一金属层，包覆所述第一金属层的第一半导体壳层，包覆所述第一半导体壳层的第二金属层，包覆所述第二金属层的第二半导体壳层；其中，所述第一金属层中的金属元素和所述第二金属层中的金属元素均选自Zn、Hg、Al、Ga和In中的一种或多种。所述的量子点，其中，所述量子点核的材料选自III-V族半导体材料或III-V族半导体材料与II-VI族半导体材料所组成的合金半导体材料。所述的量子点，其中，所述量子点核的材料为III-V族半导体材料，所述III-V族半导体材料选自GaN、GaP、GaAs、InP、InAs、InAsP、GaAsP、InGaP、InGaAs和InGaAsP中的一种。所述的量子点，其中，所述量子点核的材料为III-V族半导体材料与II-VI族半导体材料所组成的合金半导体材料，所述III-V族半导体材料选自GaN、GaP、GaAs、InP、InAs、InAsP、GaAsP、InGaP、InGaAs和InGaAsP中的一种，所述II-VI族半导体材料选自ZnSe、ZnS、ZnTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSe、HgS、HgTe、HgSeS、HgSeTe和HgSTe中的一种。所述的量子点，其中，所述第一半导体壳层的材料与所述第二半导体壳层的材料均选自II-VI族半导体材料。进一步的，所述的量子点，其中，所述II-VI族半导体材料选自ZnSe、ZnS、ZnTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSe、HgS、HgTe、HgSeS、HgSeTe和HgSTe中的一种。所述的量子点，其中，所述量子点的发光峰波长范围为400-700纳米。所述的量子点，其中，所述量子点的发光峰的半高峰宽范围为20-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子点，其特征在于，所述量子点包括量子点核，包覆所述量子点核的金属层，包覆所述金属层的半导体壳层，其中，所述金属层中的金属元素选自Zn、Hg、Al、Ga和In中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种量子点，其特征在于，所述量子点包括量子点核，包覆所述量子点核的金属层，包覆所述金属层的半导体壳层，其中，所述金属层中的金属元素选自Zn、Hg、Al、Ga和In中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的量子点，其特征在于，所述量子点核的材料选自III-V族半导体材料或III-V族半导体材料与II-VI族半导体材料所组成的合金半导体材料。3.根据权利要求2所述的量子点，其特征在于，所述量子点核的材料为III-V族半导体材料，所述III-V族半导体材料选自GaN、GaP、GaAs、InP、InAs、InAsP、GaAsP、InGaP、InGaAs和InGaAsP中的一种。4.根据权利要求2所述的量子点，其特征在于，所述量子点核的材料为III-V族半导体材料和II-VI族半导体材料所组成的合金半导体材料，所述III-V族半导体材料选自GaN、GaP、GaAs、InP、InAs、InAsP、GaAsP、InGaP、InGaAs和InGaAsP中的一种，所述II-VI族半导体材料选自ZnSe、ZnS、ZnTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSe、HgS、HgTe、HgSeS、HgSeTe和HgSTe中的一种。5.根据权利要求1所述的量子点，其特征在于，所述半导体壳层的材料为II-VI族半导体材料。6.根据权利要求5所述的量子点，其特征在于，所述半导体壳层的II-VI族半导体材料选自ZnSe、ZnS、ZnTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSe、HgS、HgTe、HgSeS、HgSeTe和HgSTe中的一种。7.根据权利要求1-6任一项所述的量子点，其特征在于，所述量子点的发光峰波长范围为400-700纳米。8.根据权利要求1-6任一项所述的量子点，其特征在于，所述量子点的发光峰的半高峰宽范围为20-100纳米。9.根据权利要求1所述的量子点，其特征在于，所述量子点核的材料选自InP或InGaP，所述金属层中的金属元素选自Zn或Ga。10.根据权利要求9所述的量子点，其特征在于，所述半导体壳层的材料选自ZnSe、ZnS和ZnSeS中的一种。11.根据权利要求1所述的量子点，其特征在于，所述量子点核的材料为III-V族半导体材料和II-VI族半导体材料所组成的合金半导体材料，所述金属层的金属元素选自Zn。12.根据权利要求11所述的量子点，其特征在于，所述III-V族半导体材料和II-VI族半导体材料所组成的合金半导体材料选自InPZnS、InPZnSe、InPZnSeS、InGaPZnSe、InGaPZnS和InGaPZnSeS中的一种。13.根据权利要求12所述的量子点，其特征在于，所述半导体壳层的材料选自ZnSe、ZnS和ZnSeS中的一种。14.根据权利要求1所述的量子点，其特征在于，所述量子点的粒径为4-8nm。15.根据权利要求14所述的量子点，其特征在于，所述量子点核的粒径为2-4nm，所述金属层中的金属元素选自Zn或Ga。16.根据权利要求15所述的量子点，其特征在于，所述量子点为蓝光量子点。17.根据权利要求14所述的量子点，其特征在于，所述量子点核的粒径为4-6nm，所述金属层中的金属元素选自Zn或Ga。18.根据权利要求17所述的量子点，其特征在于，所述量子点为红光或绿光量子点。19.一种量子点的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在含有分散剂和溶剂的反应体系中，使非金属前驱体和第一金属前驱体反应形成量子点核溶液；向所述量子点核溶液中加入第二金属前驱体，在量子点核表面形成金属层；在所述金属层表面形成半导体壳层；其中，所述第二金属前驱体选自Zn元素的前驱体、Hg元素的前驱体、Al元素的前驱体、Ga元素的前驱体和In元素的前驱体中的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨一行，聂志文，
申请(专利权)人：TCL集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44