一种量子点修饰TiO制造技术

本发明专利技术公开了一种量子点修饰TiO

A quantum dot modified TiO

【技术实现步骤摘要】
一种量子点修饰TiO2的杂化纳米棒的合成方法及应用该合成方法的一种光传输控制装置
本专利技术涉及纳米复合材料领域，具体涉及量子点修饰TiO2的杂化纳米棒的合成方法及其应用该合成方法的一种光传输控制装置。
技术介绍
二氧化钛（TiO2），也称为氧化钛（IV）或钛白粉，是一种商业产品，已被广泛用作防晒剂，油漆，软膏，牙膏中的颜料，并作为压电，电介质和半导体的原材料。二氧化钛在物理和化学上非常稳定并且具有高的介电常数。1972年，日本科学家腾岛和本多首次发现在紫外光照射下，TiO2电极上可以光催化分解水。从那时起，人们对TiO2材料做出了深入的研究，这使TiO2在光伏，光催化和传感器等许多领域得到了广泛的应用。众所周知，对于纳米级材料，当纳米材料的尺寸，形状和几何形状发生变化时，它们的物理和化学性质会发生变化。因此，人们在可控制生长方面做了大量的研究工作。例如，可以通过改变反应时间来调整PbS量子点的大小。随着反应时间的增加，PbS量子点变得更大。与PbS量子点类似，TiO2纳米材料的形态也可以通过改变反应参数和合成方法来控制。例如，Sugimoto等人（JournalofColloidandInterfaceScience,2003,259,53）。使用溶胶凝胶法合成TiO2纳米粒子，通过调整反应参数，他们获得了不同尺寸和形状的TiO2纳米粒子。实验结果证明，当将pH调节至11以上时，把三乙醇胺加入到反应溶液中时，TiO2纳米颗粒的形态从立方形变为椭圆形。当将pH设定在9.5以上时，把二亚乙基三胺加入到反应溶液中时，TiO2纳米颗粒的形状也演变成椭圆形，但是长宽比高于用三乙醇胺合成的TiO2纳米颗粒。除溶胶凝胶法外，还采用其他一些方法，如水热法（MaterialsScienceandEngineering:C,2001,15,183），溶剂热法(JournalofCrystalGrowth,2003,257,309)，直接氧化法(JournalofMaterialsChemistry,2004,14,2542)，化学气相沉积法(TheJournalofPhysicalChemistryB,2004,108,3377)，物理气相沉积法(Chemicalphysicsletters,2005,413,490)，电沉积法(Solarenergymaterialsandsolarcells,2004,85,125)，用来合成不同尺寸和形状的TiO2纳米粒子。量子点，也称为半导体纳米晶体，在过去二十年中引起了相当大的关注。由于其独特的光学和电子特性，在发光二极管，太阳能电池和二极管激光器中具有的潜在应用。通常，量子点的尺寸小于100纳米，并且显示出与其大块物体不同的新特性。近红外发射量子点其发射光可以从1000调节到几千纳米。与可见光量子点（例如，CdS和CdSe）相比，近红外量子点（例如PbS，Ag2S，PbSe）不仅在紫外光和可见光范围内吸收光子，而且还在近红外范围内吸收光子。由于其广泛高效的吸光特性，它们已被直接或者与其他材料结合用于各种光电器件上面。例如，Hyun等人通过两亲聚合物将PbS量子点粘附到TiO2纳米粒子上(ACSNano2008,2,2206)，研究了从PbS量子点到TiO2纳米粒子的光电子注入。他们发现，当PbS量子点的直径低于4.3纳米（发射峰：~1090纳米）时，可以发生电子转移过程。也就是说，当PbS量子点小于4.3纳米时，量子点的光电荷可以转移到TiO2上。近红外量子点可以把光电流的产生扩展到1090纳米，比染料敏化太阳能电池可实现的波长要长得多，这非常有益于发展高效太阳能电池。近年来，全球不可再生能源日益枯竭，提高能源使用效率，降低能量消耗已经成为一个世界性关注的话题。建筑消耗是三大能源消耗之一，目前建筑能耗约占全球总能耗的三分之一，设计本身具有节能环保功能的现代建筑变得越来越重要。在典型的建筑物中，根据不同的设计，窗户可能是能量损失或增加的主要来源。与目前的静态窗户相比，具有可调透射率水平的智能窗户可以在炎热的天气阻挡或反射阳光以降低空调设备的能耗，具有明显的优势。因此，用智能窗替换当前的静态窗可以明显的降低能耗。为了满足对这种系统的需求，科学家们研究和开发了各种可逆切换的智能窗户。其中，基于变色材料，液晶和悬浮颗粒的智能窗户已引起越来越多的关注。悬浮粒子智能光控装置（SPD）也称为偶极颗粒悬浮装置通常使用细长的棒状颗粒作为活性光控制部件。例如EdwinH.Land首先专利技术的基于针状的碘硫酸奎宁的调光薄膜。这种光控装置的基本原理是在通过外部电场来极化悬浮粒子。悬浮颗粒装置具有两种截然不同的状态：开和关。没有电场时，悬浮粒子呈随机的排列分布，入射光经过反射，吸收和散射，使得SPD薄膜呈几乎不透明的深蓝色。加上电压后，悬浮粒子被极化并在由电场施加的扭矩下旋转并且与施加的电场对齐，其长轴方向与电场平行，入射光的反射，散射和吸收变得非常小，更多的光子可以通过介质使得透光率增加，使SPD薄膜变得透明。TiO2纳米棒具有大的介电常数，并且它们对电场具有很强的响应性，因此可以用TiO2作为悬浮粒子来制作调光薄膜。然而，TiO2纳米棒在可见光和近红外光谱范围内吸收不是太强，为了在这些光谱范围内获得对光子具有良好控制能力的调光薄膜，本专利技术中，将TiO2纳米棒与具有宽吸收和高吸收系数的近红外吸收量子点复合形成量子点修饰的二氧化钛纳米棒的杂化物，这种纳米杂化物应用于调光薄膜将获得更高性能的调光器件。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提供一种量子点修饰TiO2的杂化纳米棒的合成方法及其应用该合成方法的一种光传输控制装置，以便满足上述要求。首先合成了PbS/CdS核壳量子点，并进一步用ZnS壳包覆，同时将量子点表面上的原始油胺/油酸配体替换为含有-S和-COOH作为端基的表面配体，-COOH将用来连接TiO2纳米棒，因为TiO2对-COOH基团具有很强的亲和力。根据本专利技术的一个方面，提供了一种光传输控制装置，所述装置包括第一层透明导电基底；量子点修饰的TiO2杂化纳米棒的活性层，所述杂化纳米棒悬浮在液体介质中，所述液体介质嵌入聚合物基质内形成小液滴;第二层透明导电基底。该装置的开关切换具有良好的稳定性和可逆性。为了节约能源保护环境并实现舒适的现代化生活，用智能窗来代替传统的窗帘或者百叶窗势在必行。TiO2纳米棒虽然对电场有很强的响应性，但是其对紫外可见光吸收很弱，把TiO2纳米棒用具有吸光吸收非常高的量子点来修饰合成杂化纳米棒。这种杂化纳米棒不但在电场下易于极化还可以吸收光子，因此可以最大限度的调控透过光。本专利技术提供了一种量子点修饰的TiO2杂化纳米棒的制备方法。它还提供了使用本专利技术提供的纳米杂化复合物组装光传输控制装置的方法。在本专利技术中，已经公开了特别为光控制装置开发的纳米复合物，更具体地说是SPD。为使本专利技术的目的和技术方案更加清晰，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述。本专利技术提供了量子点修饰的TiO2杂化纳米棒的制备方法。首先，采用热注射法合成P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子点修饰TiO

【技术特征摘要】
1.一种量子点修饰TiO2的杂化纳米棒的合成方法，其包括如下两个步骤：
首先，采用热注射法合成量子点，之后将表面的原始油胺/油酸配体替换为含有-S和-COOH作为端基的表面配体；
其次，用以上所获量子点的-COOH来连接TiO2纳米棒而获得杂化纳米棒，因为TiO2对-COOH基团具有很强的亲和力。


2.如权利要求1所述的杂化纳米棒的合成方法，其特征在于：通过使用TritonX-100作为表面活性剂来制备量子点修饰TiO2的杂化纳米棒：
将TritonX-100加入到量子点溶液中并搅拌3小时；之后将TiO2加入混合物中，用磁子搅拌下并且在40℃的温度下保持12小时；最后通过离心超声分散循环将产物用水洗涤3次以除去过量的化学物质，并分散在乙酸异戊酯中以得到所述的杂化纳米棒。


3.如权利要求1或2所述的杂化纳米棒的合成方法，其特征在于：所述TiO2纳米棒通过以下方法制备：
第一步，合成钛酸钠纳米管（Na-TNT）；将P25和10MNaOH水溶液装入特氟隆衬里的不锈钢高压釜中并密封；将高压釜放入烘箱中，在140℃下加热24小时，并在空气中自然冷却，产生白色Na-TNT沉淀物；通过离心将这些沉淀物与溶液分离，然后用去离子水洗涤以将溶液的pH调节至所述值；
第二步，合成TiO2纳米棒；将Na-TNT，去离子水和30％H2O2溶液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，然后在预热到200-230℃烘箱中加热24小时，并在空气中自然冷却，通过调节Na-TNT溶液的pH值或改变温度，可以得到不同尺寸的TiO2纳米棒。


4.如权利要求1所述的杂化纳米棒的合成方法，其特征在于：所述量子点为单核结构，其化学成分为硫化镉、硒化镉、硫化铅、硒化铅、硫化银、CuInS2、硒化镉、碲化镉、硫化锌、MGSE、砷化镓、砷化铟、锑化镓、碳化硅、硅锗、硅、锗、C中的一种。


5.如权利要求1所述的杂化纳米棒的合成方法，其特征在于：所述量子点为核/壳结构，其化学成分为PbS/CdS、CdSe/ZnS、硒化镉/硫化镉、CuInS2/ZnS中的一种。


6.如权利要求1所述的杂化纳米棒的合成方法，其特征在于：所述量子点为核/壳/壳结构，其化学成分为PbS/CdS/ZnS或PbS/CdS/ZnS。


7.如权利要求4-6任一权利要求所述的杂化纳米棒的合成方法，其特征在于：所述量子点或量子点核为PbS，其直径为2.7-2.9nm，其合成方法如下：
首先将三水合乙酸铅，油酸（OA）和十八烯（ODE）的混合物搅拌并在N2流下加热至150℃保持1小时，然后在真空下冷却至130℃；
然后在N2的保护下，将六甲基二硅硫烷和三辛基膦（1:10体积比）的混合物快速注入烧瓶中，温度快速下降至100℃，然后在5分钟后用冷水淬灭反应，通过离心沉淀量子点，然后再分散在己烷中；
在4℃保持2天后，将量子点在8000rpm下离心30分钟，弃去沉淀物，加入甲醇后，将量子点以3000rpm离心5分钟；除去上清液后，将沉淀物量子点分散在甲苯中；将该纯化步骤再重复一次以产生所述PbS量子点。


8.如权利要求4-6任一权利要求所述的杂化纳米棒的合成方法，其特征在于：所述量子点或量子点核为PbS，其直径为3.4-6nm的PbS，其合成方法如下：
将PbCl2和油胺通过油浴加热至160℃并在N2的保护下保持1小时；
然后将溶液冷却至120℃并用真空泵抽真空30分钟以去除水蒸气和反应生成的HCl气体；
称量硫份并加入到油胺中，超声溶解形成暗红色S-OLA前驱体液体；在剧烈搅拌下，用注射器将S-OLA前驱体液体快速注入PbCl2-OLA悬浮液中；在10...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁斌，黄胜云，任付强，马冬玲，赵世勇，张达玮，李亚男，肖淑勇，
申请(专利权)人：浙江精一新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33