一种核壳结构的热敏量子点材料及其制备方法技术

本发明专利技术的一种核壳结构的热敏量子点材料及其制备方法属于半导体纳米材料制备的技术领域。量子点结构中核为Cu掺杂的InP量子点，在核的基础上包覆II-VI族半导体ZnS隔离层，用来隔绝内外两层材料，再包覆另一种发绿光的II-VI族半导体CdSe纳米晶壳层，最外层仍然包覆ZnS保护层，以使CdSe层更为稳定，最终形成结构为Cu@InP/ZnS/CdSe/ZnS量子点。本发明专利技术的量子点对温度高度敏感，具体表现为不同温度条件下，该材料会发不同颜色的光：在常温下发绿光，在200摄氏度时发红光，在中间温度时发不同程度的黄光，该量子点性质稳定，尺寸均一，分散性好，壳层包覆后粒子呈完美球形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体纳米材料制备
涉及一种核壳量子点材料及其合成方法，该核壳型量子点材料对温度高度敏感，具体表现为不同温度条件下，材料会发不同颜色的光。
技术介绍
半导体材料从体相逐渐减小至一定临界尺寸(1~20纳米)后，其载流子的波动性变得显著，运动将受限，导致动能的增加，相应的电子结构从体相连续的能级结构变成准分裂的不连续，这一现象称作量子尺寸效应。比较常见的半导体纳米粒子即量子点主要有I1-VI, II1-V以及IV-VI族。这些种类的量子点都十分遵守量子尺寸效应，其性质随尺寸呈现规律性变化，例如吸收及发射波长随尺寸变化而变化。因此，半导体量子点在照明、显示器、激光器以及生物荧光标记等领域都有着十分重要的应用。最早的胶体量子点研究工作可追溯到1982年，Brus小组首次报道了水溶性半导体量子点的制备与光学性质。自此，一些小组相继开展了不同种类的半导体量子点的制备以及性质研究的工作。通常我们熟知的胶体纳米粒子为点、棒或核壳结构的量子点，这些都是在一种粒子基础上生长的单一量子点体系。在胶体半导体纳米领域，已经有一些研究团队致力于制备复合量子点体系。在早期的研究中，最有意义的一次尝试是Mews等在1994年提出的CdS-HgS-CdS(MewsA.;Eychmueller, A.; Weller, H.J.Phys.Chem.1994，98，934-4)体系，他们通过表面离子交换的方法成功实现了在两层CdS之间插入单层或多层的HgS，并在吸收光谱上观测到了明显的红移，然而吸收光谱不足以判定每一层量子点体系都能够独立表现出希望得到的电子或光学性质，另外，复合粒子体系在受激发时表现出了单一的较宽且弱的发射峰。由于当时的合成技术并不完善，虽然这一模型的提出很有意义，但是文献报道中关于粒子以及层层包覆的合成效果比较差。目前，由于人们在这一领域的研究主要着眼于模型理论构建以及新材料的发现，而没有关注热敏材料本身的敏感度以及变温颜色是否明显等问题，所以，在真正实现应用之前还有很多的问题亟待解决。其中，最主要的就是，温度改变带来的发光颜色的改变不够明确，温度和颜色没有明确的对应关系，变温颜色区间跨度较小，仅能由红到黄。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服
技术介绍
存在的不足，提供一种颜色随着温度变化明确，变色区间可从绿色变到黄色再变到红色，可重复使用的热敏量子点材料。本专利技术的技术问题可通过以下技术方案解决:一种核壳结构的热敏量子点材料，其结构有InP量子点核、ZnS隔离层、CdSe纳米晶壳层和ZnS保护层，所述的InP量子点核是荧光峰位为650nnT800nm的Cu掺杂的InP量子点，Cu掺杂量为按摩尔比Cu:P=l:5 20，所述的CdSe纳米晶壳层是2 3层CdSe。所述的Cu掺杂量优选按摩尔比Cu:P=l: 10 ;所述的ZnS隔离层为3飞层ZnS，优选4层，所述的ZnS保护层为f 4层ZnS，优选2层。一种核壳结构的热敏量子点材料的制备方法，有Cu掺杂InP量子点核溶液的制备、ZnS隔离层的包覆、CdSe纳米晶壳层的包覆和ZnS保护层的包覆的工艺过程；所述的Cu掺杂InP量子点核溶液的制备过程，首先将醋酸铟与十四酸加入到十八烯中，升温至8(T12(TC，其中醋酸铟与十四酸的摩尔比为1:3.5，十八烯的用量为每摩尔醋酸铟使用25升；在氮气保护下升温至188°C，注入辛胺和浓度为0.2mol/L的3_(三甲基硅基)磷的十八烯溶液，其中注入的辛胺与醋酸铟的摩尔比为12:1，注入的磷与醋酸铟的摩尔比为1:2 ;降温至178°C，保持30分钟再降温到6(T10(TC，向其中注入浓度为0.005 0.02mol/L的十四酸铜的十八烯溶液，十四酸铜的用量为按摩尔比Cu:P=l: 5 20，升温至150°C保持20 40分钟，得到Cu掺杂InP量子点核(记为CuOInP)溶液；所述的ZnS隔离层的包覆过程，是首先将Cu掺杂InP量子点核溶液维持在12(T160°C，按壳层组分投料，先注入一层用量的锌的阳离子前体溶液，升温至22(T260°C反应3(Γ45分钟，再注入一层用量的硫的阴离子前体溶液，反应3(Γ45分钟；此后保持22(T260°C，交替注入一层计算用量的锌的阳离子前体溶液和硫的阴离子前体溶液并各反应3(Γ45分钟，总共进行3飞次，形成3飞层ZnS隔离层；然后将反应体系降至室温，加入体积比为1:10的氯仿和乙醇的混合溶剂使量子点沉淀，再离心分离，得到提纯的ZnS包覆的 Cu掺杂InP纳米晶量子点(记为Cu@InP/ZnS)；所述的CdSe纳米晶壳层的包覆过程是，将提纯的ZnS包覆的Cu掺杂InP纳米晶量子点分散到十八烯中，十八烯的用量为每毫摩尔ZnS包覆的Cu掺杂InP纳米晶量子点使用广2升；升温到6(Γ100 ，抽真空在氮气保护下再升温至12(T160°C，按壳层组分投料，先加入一层计算用量的镉的阳离子前体溶液，升温至22(T260°C反应3(Γ45分钟，再注入一层计算用量的硒的阴离子前体溶液反应3(Γ45分钟；此后保持22(T260°C，交替注入一层计算用量的镉的阳离子前体溶液和硒的阴离子前体溶液并各反应3(Γ45分钟，总共进行2 3次，形成2 3层的CdSe纳米晶壳层，得到先包覆ZnS再包覆CdSe的Cu掺杂InP纳米晶量子点(记为 CuilnP/ZnS/CdSe)；所述的ZnS保护层的包覆过程，是首先将先包覆ZnS再包覆CdSe的Cu掺杂InP纳米晶量子点溶液维持在12(T160°C，按壳层组分投料，先注入一层计算用量的锌的阳离子前体溶液，升温至22(T260°C反应30 45分钟，再注入硫的阴离子前体溶液反应30 45分钟；此后保持22(T260°C，交替注入一层计算用量的锌的阳离子前体溶液和硫的阴离子前体溶液并各反应3(Γ45分钟，总共进行Γ4次，形成Γ4层的ZnS保护层；将最终的反应体系冷却到室温，加入体积比为1:10的氯仿和乙醇的混合溶剂使量子点沉淀，再离心分离，得到提纯的核壳结构的热敏量子点材料(记为Cu@InP/ZnS/CdSe/ZnS)。本专利技术中的所有包覆过程，在包覆每一层时，按壳层组分投料用量的计算可参考文献 Chem.Mater.2010, 22, 1439。所述的Cu掺杂InP量子点核溶液的制备过程中，十四酸铜的用量优选为按摩尔比Cu:P=1:10。所述的ZnS隔离层的包覆过程优选为总共进行4次，所述的ZnS保护层的包覆过程优选为总共进行2次。所述的锌的阳离子前体溶液优选浓度为0.5^1mol/L的硬脂酸锌的十八烯溶液；所述的镉的阳离子前体溶液优选每摩尔氧化镉溶解在0.875升油酸和0.125升十八烯混合溶剂中得到的溶液；所述的硫的阴离子前体溶液优选浓度为0.5^1mol/L的单质硫的十八烯溶液；所述的硒的阴离子前体溶液优选每摩尔单质硒溶解在0.49升三辛基膦和0.51升十八烯的混合溶剂中得到的溶液。本专利技术基于能带工程理论构建了不同材料组成的核壳结构量子点，中间层ZnS材料能够有效的隔绝内、外层材料的电子过程，使其各自发光而无互相干扰。本专利技术制备的热敏材料属于疏水性材料，表面配体主要为长链烷基羧酸。 本专利技术制备的热·敏材料提纯干燥后可制得固体粉末样品，固体状态下发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核壳结构的热敏量子点材料，其结构有InP量子点核、ZnS隔离层、CdSe纳米晶壳层和ZnS保护层；所述的InP量子点核是荧光峰位为650nm~800nm的Cu掺杂的InP量子点，Cu掺杂量为按摩尔比Cu:P=1:5~20；所述的CdSe纳米晶壳层是2~3层CdSe。

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构的热敏量子点材料，其结构有InP量子点核、ZnS隔离层、CdSe纳米晶壳层和ZnS保护层；所述的InP量子点核是荧光峰位为650nnT800nm的Cu掺杂的InP量子点，Cu掺杂量为按摩尔比Cu:P=l:5 20 ;所述的CdSe纳米晶壳层是2 3层CdSe。2.根据权利要求1所述的一种核壳结构的热敏量子点材料，其特征在于，所述的Cu掺杂量为按摩尔比Cu:P=l:10。3.根据权利要求1所述的一种核壳结构的热敏量子点材料，其特征在于，所述的ZnS隔离层为3 6层ZnS，所述的ZnS保护层为I 4层ZnS。4.根据权利要求1或3所述的一种核壳结构的热敏量子点材料，其特征在于，所述的ZnS隔离层为4层ZnS，所述的ZnS保护层为2层ZnS。5.一种权利要求1的核壳结构的热敏量子点材料的制备方法，有Cu掺杂InP量子点核溶液的制备、ZnS隔离层的包覆、CdSe纳米晶壳层的包覆和ZnS保护层的包覆的工艺过程； 所述的Cu掺杂InP量子点核溶液的制备过程，首先将醋酸铟与十四酸加入到十八烯中，升温至8(T12(TC，其中醋酸铟与十四酸的摩尔比为1:3.5，十八烯的用量为每摩尔醋酸铟使用25升；在氮气保护下升温至188°C，注入辛胺和浓度为0.2mol/L的3-(三甲基硅基)磷的十八烯溶液，其中注入的辛胺与醋酸铟的摩尔比为12:1，注入的磷与醋酸铟的摩尔比为1:2 ;降温至178°C，保持30分钟再降温到6(Tl00°C，向其中注入浓度为0.005 0.02mol/L的十四酸铜的十八烯溶液，十四酸铜的用量为按摩尔比Cu:P=l:5 20，升温至150°C保持2(Γ40分钟，得到Cu掺杂InP量子点核溶液； 所述的ZnS隔离层的包覆过程，是首先将Cu掺杂InP量子点核溶液维持在12(Tl60°C，按壳层组分投料，先注入一层用量的锌的阳离子前体溶液，升温至22(T260°C反应3(Γ45分钟，再注入一层用量的硫的阴离子前体溶液，反应3(Γ45分钟；此后保持22(T260°C，交替注入一层计算用量的锌的阳离子前体溶液和硫的阴离子前体溶液并各反应3(Γ45分钟，总共进行3飞次，形成3飞层 ZnS隔离层；然后将反应体系降至室温，加入体积比为1:10的氯仿和乙醇的混合溶剂使量子点沉淀，再离心分离，得到提纯的ZnS包覆的Cu掺杂InP纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：解仁国，李冬泽，杨文胜，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：