合成半导体发光纳米棒CdSe/Cd制造技术

本实用新型专利技术公开了一种合成半导体发光纳米棒CdSe/Cd

【技术实现步骤摘要】
合成半导体发光纳米棒CdSe/Cd
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Zn
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Se
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的流动反应器及反应系统


[0001]本申请涉及一种合成半导体发光纳米棒CdSe/Cd
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Zn
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Se
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的流动反应器及反应系统，属于量子棒的合成和反应装置领域。

技术介绍

[0002]现有技术1，Hongwei Yang,Weiling Luan,Shan
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tung Tu,Zhiming M Wang；Crystal Growth and Design 2009, 9,1569.这项工作描述了使用两种独立制备的前体溶液在流动中合成发光的CdSe纳米晶体的方法，将其泵入对流混合器中，然后进入蛇形微通道的热区，浸入预热和热稳定的油中。所描述的方法的能力(流速)是有限的，因为使用大长度的微通道进行操作需要微流量(<10ml/h)。此外，为制备发射绿色光的量子点，需要对反应混合物进行高稀释(约10倍)，从而大大降低了该方法的生产率。此外，考虑到合成高结晶纤锌矿CdSe种子所需的高温 (320
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380℃)，在热区中使用预热油浴也不安全，建议的PTFE毛细管的使用也是不可能的在这个温度下。
[0003]现有技术2，Tobias Jochum,Daniel Ness,Marieke Dieckmann,Katja Werner,Jan Niehaus,Horst Weller； Mater.Res.Soc.Symp.Proc.2014,1635,97。作者介绍了生产纤锌矿型CdSe纳米晶体的合成路线，用于进一步的壳生长反应(例如CdSe/CdS杆中点状纳米异质结构)。连续流反应器装置由单独的成核室和生长炉组成。作者指出，可以将这两个组件加热到350℃以上的温度，以确保WZ晶体结构，但是，仅以非常笼统的方式介绍了流动反应器的设计和实验步骤，并没有提供任何具体的细节。热区设计，这是合成具有低尺寸分布和良好PL性能的高结晶性纤锌矿CdSe种子的关键。
[0004]CdSe/CdS核壳量子棒(QRs)是具有细长形状的半导体纳米粒子，具有优于量子点(QDs)的其他优势，即：线性极化发射，薄膜中的PL猝灭较低和较高的热稳定性。特别是，薄膜中平行排列的QRs用作增强薄膜(EF)，用于液晶显示器(LCD)的显示器背光应用，并且是竞争性替代材料，可替代当前技术水平下使用的量子点增强薄膜(QDEF)。由于极化发射，主要与核壳CdSe/CdS纳米棒有关的QRs可以增加LCD的色域并显着提高其整体光学效率。QR的这些优点也非常需要将LED用作片上光转换器或利用电致发光效应。
[0005]对于显示应用，em＝620
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630nm和em＝520
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525nm的QRs是红色和绿色所必需的。为了提供颜色纯度并扩大颜色三角形，QR的发射带宽度(FWHM)不应超过35nm，最好不超过25
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30nm。
[0006]目前，通过两步过程获得核
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壳QR，其中第一步是合成CdSe种子，并进一步用作核，第二步是生长覆盖CdSe核的棒状CdS壳。
[0007]第一步是最具挑战性的，因为纤锌矿CdSe(w
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CdSe)种子的生长非常快，尤其是在合成高质量绿色发射QR所需的粒径小于3.0nm的情况下。在随后的CdS壳生长过程中，必不可少的红移进一步加剧了将种子尺寸减小至2nm的问题，而所需的反应时间缩短到了几秒钟。这种合成要求远远超出了使用热注射或非注射方法进行间歇反应器合成的能力，在这
种情况下，几乎不可能在几秒钟内将反应混合物从370℃冷却至200℃以下，特别是在大规模合成的情况。基于反应溶液稀释或使用较少反应性元素前体的方法不能导致形成棒状纳米颗粒，因为浓度和反应性都是各向异性生长过程中形状控制的关键前提。通过降低反应温度来更好地控制w
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CdSe种子合成的反应时间的任何选择均不适用于小尺寸的高质量w
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CdSe，因为较低的温度总是有利于形成较少数量的初始CdSe原子核，而CdSe在原子核上的进一步生长速度微弱地取决于温度。因此，代替较小尺寸的CdSe，形成较大尺寸的纳米颗粒。另外，在较低温度下，获得了结晶度较差的CdSe纳米颗粒，这使随后的CdSe/CdS棒的发光性能恶化。另外，在低温下，形成了立方晶格型的CdSe纳米晶体(锌共混物)，因为从动力学上该晶型也是更好的选择。其快速反应冷却的特殊技术，例如，通过将反应容器浸入冷丙酮和/或2
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丙醇浴中，或通过将冷溶剂注入反应混合物中，即使在低温条件下也无法可再现地控制冷却速率规模的合成(几十毫升的反应混合物)，不适用于扩大规模的合成。

技术实现思路

[0008]流动反应器(FR)技术是进行大规模化学合成的有力工具，并且与传统的“批次”合成相比，还具有许多优势，其中关键是快速化学反应的更精确控制，因为该过程对加热/冷却的反应时间非常敏感。流动工艺的另一个潜在优势是能够在热区的适当设计下非常快速地加热流动中的反应物，其中加热速率可与热注入技术相媲美，从而实现非注入工艺，这在技术上更简单。因此，关于量子棒的合成，实施高速率(闪蒸)加热和随后的冷却，流动合成可以提供所获得的纤锌矿CdSe种子的所需的低尺寸分布和PL质量，适用于以下CdSe/CdS QRs的制备。目前，仅报道了提供可接受的尺寸分布和光学质量的流动中的CdSe QD合成的几个例子[现有技术1和2]。但是，所有这些过程都只是在微流状态下进行的(现有技术2)，并且报告中未包含对关键实验细节的任何描述，例如加热室的设计，所用泵的类型，在热区中使用的材料等(现有技术2)。因此，对于后续制备绿色和红色发射的CdSe/CdS量子棒，仍需要具有高生产率和可调尺寸的w
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CdSe QD流动合成的解决方案。因此，本技术提供一种合成半导体发光纳米棒 CdSe/Cd
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Zn
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Se
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的方法以及反应装置。
[0009]本技术一方面提供了一种合成半导体发光纳米棒CdSe/Cd
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的流动反应器，包括以下方案：
[0010]1、一种合成半导体发光纳米棒CdSe/Cd
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x)
Se
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的流动反应器，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种合成半导体发光纳米棒CdSe/Cd
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Zn
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Se
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y)
的流动反应器，其特征在于，所述流动反应器包括具有连续流动通道的顺序连接的单元，其中至少一个单元是能够将反应混合物加热至400℃的加热单元，至少一个单元是冷却单元。2.根据权利要求1所述的合成半导体发光纳米棒CdSe/Cd
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Zn
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Se
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的流动反应器，其特征在于，至少一个流动反应器的单元是具有入口和出口的腔室，并且所述腔室被惰性填料紧密地填充。3.根据权利要求1所述的合成半导体发光纳米棒CdSe/Cd
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Se
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的流动反应器，其中，至少一个流动反应器的单元包括内部具有连续的空微通道的金属块，所述空微通道与入口和出口连接。4.根据权利要求3所述的合成半导体发光纳米棒CdSe/Cd
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的流动反应器，其中，通过3D金属印刷技术在所述金属块内部形成连续的微通道。5.根据权利要求4所述的合成半导体发光纳米棒CdSe/Cd
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的流动反应器，其中，微通道包括同轴移位的多个微板或微螺旋插入物，所述微板或微螺旋插入物顺序地具有左旋或右旋螺旋度，从而提供流动的可替代的径向扭曲。6.根据权利要求5所述的合成半导体发光纳米棒CdSe/Cd
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Se
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的流动反应器，其中，在一个基板的顶面上形成在所述金属块内部的连续的空微通道，然后用另一基板气密地覆盖所述微通道。7.根据权利要求5所述的合成半导体发光纳米棒CdSe/Cd
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的流动反应器，其中连续的空微通道具有锯齿形的周期性图案。8.根据权利要求5所述的合成半导体发光纳米棒CdSe/Cd
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Zn
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Se
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【专利技术属性】
技术研发人员：马克西姆，
申请(专利权)人：柔美香港科技有限公司，
类型：新型
国别省市：