制备胶状三元纳米晶体的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备三元半导体纳米晶体的胶体溶液的方法，其包括提供二元半导体核；在所述二元半导体核上形成第一壳，所述第一壳包含该二元半导体核的组分之一与另一种组分，所述另一种组分当与该二元半导体结合时将形成三元半导体，从而提供核／壳纳米晶体；及使所述核／壳纳米晶体退火以形成具有合金组成梯度的三元半导体纳米晶体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制备三元纳米晶体的胶体溶液。
技术介绍
胶状半导体纳米晶体或量子点已经是许多研究的焦点。胶状量子点(下文称作量 子点或纳米晶体)较自组装量子点易于大量生产。由于胶状量子点可分散于溶剂中，因此 其可用于生物应用。而且，低成本沉积方法的潜力使胶状量子点对于发光装置(例如LED) 以及其它电子装置例如太阳能电池、激光器及量子计算(密码学)装置具有吸引力。虽然 胶状量子点的适用性可能较自组装量子点更广泛，但胶状量子点有若干相对不足的属性。 举例而言，自组装量子点展示出大约Ins的相对较短辐射寿命，而胶状量子点通常具有约 20-200ns的辐射寿命。个别胶状量子点亦表现出闪烁，特征为发射严重间断，而自组装量子 点不具有该特征。人们尤其感兴趣的是II-VI半导体纳米晶体。这些纳米晶体在整个可见光谱上具 有尺寸可调的发光发射。在光致发光应用中，可利用单一光源来同时激发不同尺寸量子点， 且可通过改变粒径来持续调节其发射波长。由于其也能与生物分子例如蛋白质或核酸结 合，因此该光致发光特性使其成为用于生物医学应用中的传统有机荧光染料的具有吸引力 的替代品。而且，发射的可调节性质使量子点极适用于全色显示应用及照明。由于已为大 家接受的高温有机金属合成方法(Murray等人，J. Am. Chem. Soc. 115，8706-8715，1993)及 其在整个可见光谱上的尺寸可调光致发光(PL)，CdSe纳米晶体已成为研究最广泛的量子 点(QD)。如Hohng 等人所述(J. Am. Chem. Soc. 126 1324-1325 (2004))，胶状半导体量子点 也较有机染料更亮并远比其更有光稳定性，这使其在生物学应用上尤其具有吸引力。公开 文献也已报导用具有较宽带隙的半导体层或用聚合物使量子点表面钝化改良了量子点的 光学特性，例如量子产率及光致漂白。然而，通常认为量子点的闪烁行为是难以克服的固有 局限。这是令人遗憾的，因为在单一生物分子光谱学及使用单光子源的量子信息处理中不 断增加的应用可极大地受益于持久且不闪烁单分子发射体。例如，在最近单点成像应用中， 膜接受体的追踪由于记录的频闪性而频繁中断。在借由信号饱和的总体成像中，闪烁也可 降低亮度。许多小组已经致力于解决尤其用于生物应用的胶状量子点闪烁问题。在2004年， Hohng等人发现(Hohng等人，J.Am. Chem. So. 126，1324-1325 (2004))可通过用硫醇部分使 QD表面钝化来抑制量子点闪烁。Hohng等人使用展示固有闪烁行为的CdSe/ZnS量子点进 行实验。Larson等人研究使用水溶性CdSe/ZnS QD将QD封装于两亲性聚合物内(Larson 等人，Science 300，1434-1435，2003)。Hohng等人及Larson等人的结果并未解决导致闪 烁点的本质问题，其仅控制点表面环境以缓解该问题。这两种方法仅用于保持于溶液中并 允许特定表面钝化的最终应用。除闪烁问题外，胶状量子点与其自组装对应物相比辐射寿命增加。为与非辐射复合事件例如福斯特(Forster)能量转移及SRH复合成功竞争，期望短辐射寿命。具有短辐 射寿命的胶状量子点将有利地作为LED(常用的及单光子的)中的发射体、及用于显示及照 明应用的磷光体。关于含有胶状量子点的常用LED，其已纳入无机及有机LED装置中。为改良OLED性 能，在20世纪90年代后期引入含有有机物和量子点的混合发射体的OLED装置(Matoussi 等人，J. Appl. Phys. 83，7965 (1998))。在发射体层中添加量子点的优点是可增强装置的 色域；可通过简单改变量子点粒径来获得红色、绿色及蓝色发射；并可降低生产费用。由 于存在诸如量子点聚集于发射体层中等问题，这些装置的效率与典型OLED装置相比相当 低。当使用纯量子点膜作为发射体层时效率甚至更差(Hikmet等人，J. Appl. Phys. 93, 3509(2003))。差的效率归因于量子点层的绝缘性质。后来，当将量子点单层膜沉积于有机 空穴与电子传输层之间时，效率增加(至约1. 5cd/A，Coe等人，Nature 420，800 (2002))。 应指出，量子点发光主要是有机分子上的激发子的福斯特能量转移所致(电子-空穴复合 发生在有机分子上)。无论将来在效率方面有任何改良，这些混合装置仍受到与纯OLED装 置相关的所有缺点困扰。最近，通过将单层厚核/壳CdSe/ZnS量子点层夹于真空沉积的n_和p_GaN层之 间构造了大体上全无机LED (Mueller等人，Nano Letters 5,1039(2005))。所得装置具有 差的外部量子效率，为0. 001-0. 01%。该问题可能部分与据报导在生长后存在的有机配体 氧化三辛基膦(TOPO)及三辛基膦(TOP)相关。这些有机配体是绝缘体且会导致差的电子 及空穴朝量子点的注入。而且，由于使用通过高真空技术生长的电子与空穴半导体层并使 用蓝宝石衬底，因此该结构的其余部分制造昂贵。在良好界定的时序或时脉处产生单光子(使用单光子LED)的能力对于量子密钥 分配的实际实施(N. Gisin等人，Rev. Mod. Phys. 74，145 (2002))、以及对于基于光子量子位 的量子计算(E. Knill等人，Nature 409,46(2001))及成网来说至关重要。当评估单光子 源的品质时应考虑以下3个不同标准高效率、小的多光子概率(通过二阶相干函数g(2) (0) 测量)及量子不可分辨性。对于某些量子密码技术实施例如BB84协议(N. Gisin等人，Rev. Mod. Phys. 74，145(2002))而言，需要高效及小g⑵(0)，但量子不可分辨性不是必须的。另 一方面，对于量子信息系统中几乎所有其它应用，例如线性光学量子计算LOQC(E. Knill等 人，Nature 409，46 (2001))，光子需要经受多光子干涉，且因而需要量子不可分辨性。人们已构造光抽运(C.Santori 等人，Nature 419,594(2002))及电抽运(Z. Yuan 等人，Science 295,102(2002))的单光子LED，其中在大多数情形下发射物为自组装量子 点。提高装置效率的典型方法是将量子点置于微腔构造内，其中对于所有三维方向上的限 制获得最佳结果。由于该限制，装置的IQE得到提高(由于伯塞尔(Purcell)效应)并且 收集效率得到大大增强(由于可用输出模式数量极大减少)。与IQE的提高相关的是量子 点辐射寿命大大降低(约5倍)，降至约100-200ps。该辐射寿命的降低也导致量子不可分 辨性得到改良(A. J. Shields, Nature Photon. 1，215 (2007))。因此，高效率及量子不可分 辨性的关键是短辐射寿命。因此，对于量子密码和量子计算应用而言，极期望形成具有该特 性的胶状量子点。对于固态照明应用，达成高效白色LED的最快途径是将蓝色、紫色或近UV LED与 适宜的磷光体组合。以量子点磷光体代替常用的光抽运磷光体具有许多优点，例如极大减少散射、易于颜色调节、改良显色指数(CRI)、降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备三元半导体纳米晶体的胶体溶液的方法，其包括：　　（ａ）提供二元半导体核；　　（ｂ）在所述二元半导体核上形成第一壳，所述第一壳包含该二元半导体核的组分之一与另一种组分，所述另一种组分当与该二元半导体结合时将形成三元半导体，从而提供核／壳纳米晶体；及　　（ｃ）使所述核／壳纳米晶体退火以形成具有合金组成梯度的三元半导体纳米晶体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：KB卡汗，任小凡，
申请(专利权)人：伊斯曼柯达公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]