一种CuInS2量子点超晶格结构的制备方法技术

本发明专利技术公开一种CuInS2量子点超晶格结构的制备方法，包括如下步骤：将CuInS2量子点溶于甲苯中，得量子点溶液；氩气气氛中，将量子点溶液滴加至组装液中，在氩气与组装液界面上组装得到超晶格结构；其中，当组装液为乙二醇，且量子点溶液中CuInS2量子点的浓度为40

【技术实现步骤摘要】
一种CuInS2量子点超晶格结构的制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米材料
更具体地，涉及一种CuInS2量子点超晶格结构的制备方法。

技术介绍

[0002]纳米材料按要求组装成特定的结构是实现新型微纳器件的关键。胶体量子点，作为纳米材料的一种，是指三个维度的几何尺寸均缩减到激子波尔半径以下时所获得的纳米粒子。由于量子限域效应，量子点展现出不同于体材料的电学和光学特性，包括荧光发射波长的粒径尺寸依赖性。量子点这种尺寸相关的光电特性在材料科学领域掀起了研究热潮。
[0003]目前，量子点相关的成熟研究集中体现在II
‑
VI、III
‑
V和IV
‑
VI二元半导体，如CdS、CdSe、CdTe、PbS，然而，这些量子点具有Pb、Cd等高毒性重金属元素，不仅会对环境造成污染，同时也限制了相应光电器件在未来商业领域的大规模推广。因此合成绿色环保的量子点并应用于光电器件意义重大。
[0004]I
‑
III
‑
VI族三元半导体材料CuInS2(CIS)是一类非常有吸引力的半导体材料。它毒性低，环境相容性好，成本低，在可见光波段拥有很高的光吸收系数(α＝5
×
105cm
‑1)，且吸收光谱宽。CIS是直接带隙半导体材料，体材料带隙为1.45eV，激子波尔半径为4.1nm，通过尺寸调控，可实现部分可见光波段到近红外波段的吸收与发射，包括近红外生物窗口(700
‑
1100nm)。优秀的特性使其在近红外光电探测器、太阳能聚光器、发光二极管、生物组织成像等器件中具有极大的应用潜力和研究价值，可望成为替代含Pd、Cd等有毒元素量子点的绿色材料。
[0005]对于理想的量子点组装固体来说，量子点构建基元应该是单分散的(例如，相同的大小，形状和组成)，且具有相同的环境(例如，相同的配体化学性质和电荷)，并且组装后形成的结构应具有一致的点间距和最邻近粒子数。因此，最好的合成方法是量子点产物尺寸的标准偏差在3％
‑
5％范围内。否则量子点组装结构中的非理想性(如尺寸不均性)会导致组装后固体的电子态能量的不均匀性以及带隙间缺陷能级的形成。因此合成组成、大小、形状以及表面钝化均匀的量子点对于组装成具有高迁移性、带状电子传输机制的长程有序紧密排列的超晶格结构至关重要。
[0006]为实现粒子的定向附着，在组装超晶格的过程中，常用的方法主要有短链配体替代长链配体法、无机配体替代有机配体法，以及移除配体法。不过这些方法很容易导致纳米粒子表面物理化学性质的改变，从而破坏超晶格的长程有序性。并且目前已报到的四方超晶格主要是PbSe和PbS量子点，不同量子点表面包覆的有机配体种类不同，与有机配体之间的结合力也不同，因此在铜硫族量子点超晶格组装的过程中，依然需要实验条件的不断摸索。
[0007]因此，需要提供一种CuInS2量子点超晶格结构的制备方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术的一个目的在于提供一种CuInS2量子点超晶格结构的制备方法，该制备方法通过调控量子点溶液溶度和组装液组成，制备得到六方超晶格结构或四方超晶格结构。
[0009]本专利技术的另一个目的在于提供一种由上述方法制备得到的CuInS2量子点超晶格结构。
[0010]本专利技术的又一个目的在于提供上述方法制备得到的CuInS2量子点超晶格结构在制备光电器件中的应用。
[0011]为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0012]一种CuInS2量子点超晶格结构的制备方法，包括如下步骤：
[0013]将CuInS2量子点溶于甲苯中，得量子点溶液；
[0014]氩气气氛中，将量子点溶液滴加至组装液中，在氩气与组装液界面上组装得到超晶格结构；其中，
[0015]当组装液为乙二醇，且量子点溶液中CuInS2量子点的浓度为40
‑
60mg/mL时，得到的超晶格结构为六方超晶格结构；
[0016]当组装液为乙二醇和甲醇的混合液，且量子点溶液中CuInS2量子点的浓度不小于80mg/mL时，得到的超晶格结构为四方超晶格结构。
[0017]本专利技术提供的超晶格结构制备过程中，是以甲苯为溶剂溶解CuInS2量子点，甲苯的蒸发速率较慢，量子点有时间找到最佳的平衡位置，更易组装成有序的超晶格结构，若溶剂蒸发速率过快通常导致量子点的无序紊乱聚集；同时通过调整量子点溶液的浓度以及组装液的组成，控制组装液的极性来平衡配体剥离和量子点自组装的速率，实现量子点沿特定晶面的定向附着，进而制备得到四方超晶格结构和六方超晶格结构。
[0018]在CuInS2量子点的四方超晶格结构中，相邻CuInS2量子点直接以特定晶面相连而不存在有机物配体的阻隔，有利于电子在粒子之间的传输，应用在光电器件中有利于提升载流子传输效率，提升器件性能。
[0019]优选地，所述量子点溶液和组装液的体积比为1:500
‑
600。
[0020]优选地，当组装液为乙二醇和甲醇的混合液时，乙二醇和甲醇的体积比为10
‑
20:1。本专利技术通过控制乙二醇和甲醇的体积比，调控组装液的极性，使其平衡配体剥离和量子点自组装的速率，使量子点沿特定晶面的定向附着，制备得到四方超晶格结构。
[0021]优选地，所述CuInS2量子点为球形结构，其粒径为5.3
‑
6.1nm。
[0022]本专利技术中CuInS2量子点为球形结构，而非近球形结构，形状均一；粒径大小在5.5
‑
6.1nm之间。结构和尺寸规整均一的CuInS2量子点，可以组装得到有高迁移性、带状电子传输机制的长程有序紧密排列的超晶格结构。
[0023]优选地，所述CuInS2量子点是采用阳离子交换法合成的。
[0024]进一步地，阳离子交换法合成CuInS2量子点包括以下步骤：
[0025]将质量浓度为20
‑
30mg/mL的Cu2‑
x
S量子点溶液分散在十二硫醇和十八烯的混合液中，得溶液A；Cu2‑
x
S量子点溶液、十二硫醇、十八烯的体积比为：1:(0.4
‑
0.6):(1.3
‑
1.5)；x取值为0.03
‑
0.06；
[0026]将醋酸铟与三辛基膦、十八烯混合，并于125
‑
130℃真空搅拌1
‑
1.5h，得到In
‑
TOP复合物，然后通入高纯N2保护，并保持在125
‑
130℃，得溶液B；醋酸铟质量与三辛基膦体积、
十八烯体积的比值为1g:(1.3
‑
2)mL:(33.3
‑
50)mL；
[0027]将溶液A与溶液B混合，125
‑
130℃反应1
‑
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CuInS2量子点超晶格结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将CuInS2量子点溶于甲苯中，得量子点溶液；氩气气氛中，将量子点溶液滴加至组装液中，在氩气与组装液界面上组装得到超晶格结构；其中，当组装液为乙二醇，且量子点溶液中CuInS2量子点的浓度为40
‑
60mg/mL时，得到的超晶格结构为六方超晶格结构；当组装液为乙二醇和甲醇的混合液，且量子点溶液中CuInS2量子点的浓度不小于80mg/mL时，得到的超晶格结构为四方超晶格结构。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述量子点溶液和组装液的体积比为1：500
‑
600。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当组装液为乙二醇和甲醇的混合液时，乙二醇和甲醇的体积比为10
‑
20:1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述CuInS2量子点为球形结构，其粒径为5.3
‑
6.1nm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述CuInS2量子点是采用阳离子交换法合成的。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，阳离子交换法合成CuInS2量子点包括以下步骤：将质量浓度为20
‑
30mg/mL的Cu2‑
x
S量子点溶液分散在十二硫醇和十八烯的混合液中，得溶液A；Cu2‑
x
S量子点溶液、十二硫醇、十八烯的体积比为：1:(0.4
‑
0.6):(1.3
‑
1.5)；x取值为0.03
‑
0.06；将醋酸铟与三辛基膦、十八烯混合，并于125
‑
130℃真空搅拌1
‑
1.5h，得到In
‑
TOP复合物，然后通入高纯N2保护，并保...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静怡，吴雨辰，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：