纳米复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及量子点材料技术领域，具体提供一种纳米复合材料及其制备方法和应用。所述纳米复合材料包括配体修饰的量子点和包覆于所述配体修饰的量子点表面的增容剂，所述增容剂具有脂肪酸碳链和活性官能团，脂肪酸碳链与所述配体相互结合。其制备方法包括以下步骤：采用增容剂对配体修饰的量子点进行包覆处理，使所述增容剂与所述配体发生自组装并包覆于所述配体修饰的量子点表面，获得增容剂包覆的量子点。本发明专利技术的纳米复合材料，由于配体修饰的量子点表面包覆增容剂，使得量子点分散性良好，而且与其他高分子相容性得到大幅度提高，可以很好的分散于其他高分子化合物中，获得的纳米复合材料具有良好的透明度和高的荧光强度。

Nanocomposites and their preparation methods and Applications

【技术实现步骤摘要】
纳米复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于量子点材料
，尤其涉及一种纳米复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
量子点又称为纳米晶，是一种由II-VI族或III-V族元素组成的纳米颗粒。量子点的粒径一般在1-10nm之间，由于电子和空穴被量子限域，连续的能带结构变成具有分子特性的分立能级结构，在受到刺激后可以发射荧光。基于量子效应，量子点在太阳能电池、发光器件、光学生物标记等领域具有广泛的应用前景。由于量子点的粒径小，因此具有非常大的比表面积，表面相原子数的增多，导致了表面原子的配位不足、不饱和键和悬键(即晶格表面未配对的电子)增多，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合。因此，一般量子点表面需选择合适的配体来与量子点表面的金属配位，而配体的种类对量子点的效率和稳定性具有决定性的影响。随着量子点合成技术的发展和优化，量子点的效率和稳定性达到了产业化水平。但是，量子点独特的表面效应也决定了其对水气和氧气的敏感性，水气和氧气会破坏量子点表面的配体，降低量子点的效率。量子点的尺寸越小，比表面积越大，对水气和氧气的敏感性越高。研究发现，半导体量子点/环氧树脂复合材料激发光谱非常宽，并且发光强度高，因此近年来将环氧树脂作为白光LED的封装材料引起了社会的广泛关注。但是由于表面效应以及界面的不匹配，量子点在极性的环氧树脂基体中往往趋向于团聚，导致难以制备出高透明度、高荧光强度的复合纳米材料。复合纳米材料中，两相界面极性的匹配程度，直接决定了纳米材料在基体中的分散状态和最终纳米复合材料的性能表现。然而，由于量子点表面的非极性碳链结构的存在，使得量子点本身无法直接有效地分散在极性环氧树脂中，并且会导致纳米复合材料的透明度下降、荧光强度减弱。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合纳米材料及其制备方法，旨在解决现有量子点与环氧树脂等高分子化合物相互分散性不佳、容易发生团聚而导致获得的纳米复合材料透明度低、荧光强度弱等问题。进一步地，本专利技术还提供该复合纳米材料的应用。本专利技术是这样实现的：一种纳米复合材料，所述纳米复合材料包括配体修饰的量子点和包覆于所述配体修饰的量子点表面的增容剂，其中，所述增容剂具有脂肪酸碳链和活性官能团，所述脂肪酸碳链与所述配体相互结合。对应地，一种纳米复合材料的制备方法，至少包括以下步骤：采用增容剂对配体修饰的量子点进行包覆处理，使所述增容剂与所述配体发生自组装并包覆于所述配体修饰的量子点表面，获得增容剂包覆的量子点。相应地，如上所述的纳米复合材料或者如上所述的纳米复合材料的制备方法制备的纳米复合材料在太阳能电池、发光器件、光学生物标记领域中的应用。本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供的纳米复合材料，由于配体修饰的量子点表面包覆了增容剂，通过增容剂的作用，降低量子点的团聚效应，使得量子点能够均匀地分散于环氧树脂等高分子化合物中，获得的纳米复合材料表现出良好的透明度和高的荧光强度。本专利技术提供的纳米复合材料的制备方法，直接在配体修饰的量子点表面进行增容剂的包覆，提高量子点与高分子化合物的相容性，避免量子点团聚现象，使得量子点可以均匀分散在高分子化合物中，最终获得透明度高、荧光强度强的纳米复合材料。而且，本专利技术提供的纳米复合材料的制备方法，工艺简单易控，成本低，容易实现产业化生产。本专利技术提供的纳米复合材料，由于具有良好的透明度，可以发出强的荧光等特点，非常适合用于太阳能电池、发光器件、光学生物标记等领域中。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供一种纳米复合材料。所述纳米复合材料包括配体修饰的量子点和包覆于所述配体修饰的量子点表面的增容剂，其中，所述增容剂具有脂肪酸碳链和活性官能团，所述脂肪酸碳链与所述配体相互结合。本专利技术的纳米复合材料通过在量子点和表面包覆一层增容剂，通过增容剂与配体的作用，减少甚至避免量子点之间的团聚，使得量子点分散均匀，由此赋予了纳米复合材料与其他高分子化合物混合时，表现出高的透明度，并且受刺激后可以发射强的荧光。进一步地，所述纳米复合材料还包括高分子化合物。包含了高分子化合物的上述纳米复合材料还可以有效地避免量子点与水、氧气等的接触，极大地提高了量子点的效率。优选地，所述高分子化合物为环氧树脂。本专利技术中，量子点和增容剂形成的结构可以是核壳结构，也可以不是，本专利技术纳米复合材料的微观结构不因此而被限制。本专利技术涉及的量子点可以是由II-VI族或III-V族元素组成的纳米颗粒，其粒径在1-10nm之间。优选地，所述量子点为CdSe、CdS、CdTe、CdSe/ZnS、CdZnS/ZnS、PbSe、PbS、PbSe/ZnS、PbSe/CdS中的任一种。这几类量子点在与配体油酸的作用时，形成良好的配体结构，可以极大地提高量子点与其他极性有机物的相容性。优选地，所述配体修饰的量子点所使用的配体为含有羧基和碳链的有机物，其羧基与量子点形成配体，而碳链则悬挂于量子点表面，提高量子点与其他物质的相容性。进一步优选地，含有羧基和碳链的有机物为脂肪酸，由于脂肪酸具有羧基和碳链，羧基能够与量子点形成良好的配体，而碳链则对量子点表面进行修饰，使得量子点与其他有机物有更好的相容性。当然，本专利技术涉及的脂肪酸可以是包和脂肪酸，也可以是不饱和脂肪酸。更进一步优选地，上述脂肪酸为油酸(又称顺式十八烯-9-酸)，油酸具有端羧基和非极性的碳链结构，其通过端部的羧基可以与量子点形成良好的配体结构，而非极性的碳链则对量子点表面进行修饰，使得量子点与其他极性有机物的相容性得到极大地提高。以具有环氧官能团的增容剂包覆量子点，增容剂上有环氧官能团，能够提高增容剂与高分子化合物材料的相容性，使得量子点表面的增容剂与与其他高分子化合物的分散效果更好，避免了量子点的团聚现象。优选地，所述增容剂为环氧官能团化的脂肪酸。环氧官能团化的脂肪酸，一方面具有环氧基的官能团，另一方面，具有脂肪酸的碳链。将其与以脂肪酸为配体的量子点进行混合时，量子点表面的碳链与增容剂的碳链发生自组装，而环氧基团则形成一层环绕于量子点表面且朝向外部的结构，此时，量子点上的脂肪酸配体还起到钝化修饰量子点的作用，保证量子点的光学强度和性能，并且实现量子点表面具有环氧官能团，以利于量子点均匀分散在其他高分子化合物中。更进一步优选地，所述增容剂为环氧官能团改性的油酸。当增容剂为环氧官能团化的油酸，并且量子点的配体为油酸，将增容剂与配体修饰的量子点进行混合处理时，增容剂上的碳链与配体上的碳链发生自行聚集、相互组织成规则的结构，使得增容剂与量子点结合成为排列有序的纳米结构，此时，环氧官能团化的油酸上的环氧基基团一致朝外，使得量子点可以很好地均匀分散于其他高分子化合物中，如可以很均匀的分散在环氧树脂中。优选地，所述高分子化合物为环氧树脂。本专利技术纳米复合材料，在上述结构和组成上，有效的改善了量子点的表面效应和界面匹配性，量子点均匀的排布于高分子化合物中，使得纳米复合材料表现出高透明度和高荧光强度的特性。相应地，本专利技术在提供上述纳米复合材料的基础上，进一步提供了该纳米复合材料的制备方法。也本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料包括配体修饰的量子点和包覆于所述配体修饰的量子点表面的增容剂，其中，所述增容剂具有脂肪酸碳链和活性官能团，所述脂肪酸碳链与所述配体相互结合。

【技术特征摘要】
1.一种纳米复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料包括配体修饰的量子点和包覆于所述配体修饰的量子点表面的增容剂，其中，所述增容剂具有脂肪酸碳链和活性官能团，所述脂肪酸碳链与所述配体相互结合。2.如权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于，所述活性官能团为环氧官能团。3.如权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于，所述增容剂为环氧官能团改性的油酸；和/或所述配体为油酸；和/或所述量子点为CdSe、CdS、CdTe、CdSe/ZnS、CdZnS/ZnS、PbSe、PbS、PbSe/ZnS、PbSe/CdS中的任一种。4.如权利要求1-3任一项所述的纳米复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料还包括高分子化合物。5.如权利要求4所述的纳米复合材料，其特征在于，所述高分子化合物为环氧树脂。6.一种纳米复合材料的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：采用增容剂对配体修饰的量子点进行包覆处理，使所述增容剂与所述配体发生自组装并包覆于所述配体修饰的量子点表面，获得增容剂包覆的量子点。7.如权利要求6所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于，获得增容剂包覆的量子...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄盼宁，杨一行，
申请(专利权)人：深圳TCL工业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44