一種含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用無機(jī)物通過“溶膠凝膠法”制備含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料。本發(fā)明還公開了將含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料固化在紫外光LED表面，制備光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料。本發(fā)明還公開了將三種含不同顏色量子點(diǎn)的復(fù)合材料固化在紫外光LED表面，制備發(fā)白光的含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料。本發(fā)明光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的快速制備，開創(chuàng)了一種利用無機(jī)材料制備光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的新方法。本發(fā)明光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備方法對(duì)水溶性量子點(diǎn)的熒光性質(zhì)損傷較小，方便塑形，可以長(zhǎng)期保存，并可以通過調(diào)整紅色、綠色、藍(lán)色量子點(diǎn)新材料的比例混合出白光。
【專利說明】一種含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]用于光致發(fā)光的量子點(diǎn)目前由兩種方法合成:有機(jī)金屬法和水相法。有機(jī)金屬法制備的量子點(diǎn)溶劑昂貴，有毒性，且反應(yīng)溫度高，反應(yīng)過程復(fù)雜。雖然其在量子點(diǎn)光致發(fā)光應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)成熟，但由于其反應(yīng)過程中毒性大，反應(yīng)復(fù)雜，因而限制了其廣泛的應(yīng)用。水相法相比于有機(jī)金屬法，以水作溶劑，既無毒環(huán)保又價(jià)格低廉，反應(yīng)溫度低，反應(yīng)過程更易控制，越來越受到科學(xué)界的重視。但由于傳統(tǒng)的光致發(fā)光油相量子點(diǎn)制備方法大多采用有機(jī)溶劑，因而不能用于光致發(fā)光水相量子點(diǎn)的制備。目前開發(fā)出的關(guān)于光致發(fā)光水溶性量子點(diǎn)的制備方法也大多毒性較高，反應(yīng)原料較多，成本較高，反應(yīng)步驟繁雜，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，且穩(wěn)定性不好，因此在水溶性量子點(diǎn)光致發(fā)光應(yīng)用推廣方面還存在著諸多問題，迫切需要找到一種反應(yīng)速度快，耗能低，原料單一，容易操作，沒有危險(xiǎn)性，原料供給方便，原料價(jià)格低廉的新方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)制備光致發(fā)光水溶性量子點(diǎn)毒性較高、反應(yīng)原料較多、反應(yīng)步驟繁雜、反應(yīng)周期長(zhǎng)、成本高等缺點(diǎn)，本發(fā)明的第一個(gè)目的是利用無機(jī)物通過“溶膠凝膠法”制備含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料，本發(fā)明的第二個(gè)目的是將此復(fù)合材料固化在紫外光LED表面，制備光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料，本發(fā)明的第三個(gè)目的是將三種含不同顏色量子點(diǎn)的復(fù)合材料固化在紫外光LED表面，制備發(fā)白光的含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料。
[0004]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
[0006]步驟一、將水溶性量子點(diǎn)溶液與硅酸鈉溶液按體積比0.5~2.0混合均勻，得到混合溶液；其中，水溶性量子點(diǎn)溶液的濃度為IX 10_3~IX 10_2mol/L，硅酸鈉溶液的波美度為38 ~50 ;
[0007]步驟二、將步驟一得到的混合溶液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至膠狀，停止旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，得到含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料。
[0008]步驟一所述水溶性量子點(diǎn)為水溶性CdTe量子點(diǎn)或水溶性Cu:ZnSe量子點(diǎn)。
[0009]步驟二混合溶液在40~70°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)。
[0010]一種光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
[0011]步驟一、按上述方法制備出含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料；
[0012]步驟二、將步驟一制備的含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料均勻粘附在紫外光LED表面，粘附厚度為I~2cm，在60~100°C下至完全固化，得到所述光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料。[0013] 一種發(fā)白光的含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
[0014]步驟一、按上述方法分別制備出含水溶性紅色量子點(diǎn)的復(fù)合材料、含水溶性綠色量子點(diǎn)的復(fù)合材料、含水溶性藍(lán)色量子點(diǎn)的復(fù)合材料；
[0015]步驟二、將步驟一制備的三種復(fù)合材料按照藍(lán)、綠、紅厚度比8~10:1.5~2:0.8~I依次均勻粘附在紫外光LED表面，總厚度為2~3cm，在60~100°C下至完全固化，得到所述發(fā)白光的含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料。
[0016]本發(fā)明的有益效果:
[0017]I)、含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的快速制備為光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料和發(fā)白光的含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備奠定了基礎(chǔ)。
[0018]2)本發(fā)明光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的快速制備，開創(chuàng)了一種利用無機(jī)材料制備光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的新方法。
[0019]3)本發(fā)明光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備方法所需設(shè)備簡(jiǎn)單，反應(yīng)速度快，耗能低，原料單一，容易操作，沒有危險(xiǎn)性，原料供給方便，原料價(jià)格低廉。
[0020]4)本發(fā)明光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備方法對(duì)水溶性量子點(diǎn)的熒光性質(zhì)損傷較小，方便塑形，可以長(zhǎng)期保存，可以廣泛用于光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備。制備的復(fù)合材料可以應(yīng)用于制備光致發(fā)光的水溶性量子點(diǎn)LED。
[0021]5)本發(fā)明發(fā)白光的含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備方法可以通過調(diào)整紅色、綠色、藍(lán)色量子點(diǎn)新材料的比例混合出白光，制備的復(fù)合材料可以應(yīng)用于制備光致發(fā)光的白光水溶性量子點(diǎn)LED。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為實(shí)施例1水溶性CdTe綠色量子點(diǎn)水溶液、水溶性CdTe綠色量子點(diǎn)-硅酸鈉混合溶液以及含水溶性CdTe綠色量子點(diǎn)的復(fù)合材料的PL譜線。
[0023]圖2為實(shí)施例2水溶性CdTe紅色量子點(diǎn)水溶液、水溶性CdTe紅色量子點(diǎn)-硅酸鈉混合溶液以及含水溶性CdTe紅色量子點(diǎn)的復(fù)合材料的PL譜線。
[0024]圖3為實(shí)施例3水溶性Cu = ZnSe藍(lán)色量子點(diǎn)水溶液、水溶性Cu = ZnSe藍(lán)色量子點(diǎn)-硅酸鈉混合溶液以及含水溶性Cu = ZnSe藍(lán)色量子點(diǎn)的復(fù)合材料的PL譜線。
[0025]圖4為制備的含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料固化在紫外光LED和玻璃片表面，未在紫外燈照射下和在紫外燈照射下的對(duì)比圖片:
[0026]a、b圖分別為實(shí)施例1制備的含水溶性綠光量子點(diǎn)的復(fù)合材料固化在紫外光LED表面，未通電的實(shí)物圖和通電后的發(fā)光效果圖；c、d圖分別為實(shí)施例2制備的含水溶性紅光量子點(diǎn)的復(fù)合材料固化在玻璃片表面，未在紫外燈照射下的實(shí)物圖和在紫外燈照射下的發(fā)光效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步地解釋。下列實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，但并不用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。
[0028]一種含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備方法，利用無機(jī)物通過“溶膠凝膠法”制備，包括如下步驟:[0029]步驟一、將水溶性量子點(diǎn)溶液與硅酸鈉溶液按體積比0.5~2.0混合均勻，得到混合溶液；其中，所述水溶性量子點(diǎn)為水溶性CdTe量子點(diǎn)或水溶性Cu: ZnSe量子點(diǎn)，水溶性量子點(diǎn)溶液的濃度為I X 10_3~I X 10_2mol/L，硅酸鈉溶液的波美度為38~50 ;
[0030]步驟二、將步驟一得到的混合溶液在40~70°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至膠狀，停止旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，得到含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料，所述復(fù)合材料為透明黏性可塑材料。
[0031]一種光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
[0032]步驟一、按上述方法制備出含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料；
[0033]步驟二、將步驟一制備的含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料均勻粘附在紫外光LED表面，粘附厚度為I~2cm，之后放入烤箱中加熱烘烤，在60°C~100°C下至完全固化，得到所述光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料。
[0034]一種發(fā)白光的含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
[0035]步驟一、按上述方法分別制備出含水溶性紅色量子點(diǎn)的復(fù)合材料、含水溶性綠色量子點(diǎn)的復(fù)合材料、含水溶性藍(lán)色量子點(diǎn)的復(fù)合材料；
[0036]步驟二、將步驟一制備的三種復(fù)合材料按照藍(lán)、綠、紅依次均勻粘附在紫外光LED表面，每個(gè)顏色一層，厚度比8~10:1.5~2:0.8~I，之后放入烤箱中加熱烘烤，在60~100°C下至完全固 化，得到所述發(fā)白光的含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料。
[0037]以下實(shí)施例所用的氯化鎘、巰基丙酸、氫氧化鈉、碲粉、硼氫化鈉、硅酸鈉等原料均為分析純?cè)噭?。?shí)驗(yàn)過程中所用的玻璃儀器使用前用去離子水潤(rùn)洗三遍后真空干燥。
[0038]以下實(shí)施例碲氫化鈉溶液現(xiàn)配現(xiàn)用，配制方法包括如下步驟:將硼氫化鈉溶解在去離子水中，再迅速加入碲粉；用膠塞封住反應(yīng)容器，膠塞上帶有一個(gè)小針孔與外界相通以便釋放反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣；在反應(yīng)過程中，體系用冰水浴冷卻，之后黑色的碲粉消失并產(chǎn)生白色的硼酸鈉晶體，上層澄清的淡紫色溶液為締氫化鈉溶液。
[0039]實(shí)施例1光致發(fā)光含水溶性CdTe綠色量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備
[0040]I)水溶性CdTe綠色量子點(diǎn)的制備:在353ml的去離子水中加入40ml、濃度為
0.lmol/L的CdCl2溶液以及835ul的巰基丙酸(MPA)，充分?jǐn)嚢韬笥?mol/L NaOH調(diào)節(jié)混合溶液pH至9.0，用N2脫氧30分鐘后，用注射器取1.2ml、濃度為0.667mol/L的NaHTe溶液注入混合溶液。攪拌10分鐘后，100°C下加熱40分鐘，得到CdTe綠色量子點(diǎn)溶液。最終溶液中Cd的總濃度為IX 10_2mol/L。Cd/MPA/NaHTe的摩爾比例為1/2.4/0.2。
[0041]2)將15ml、濃度為I X Krtiol/LCdTe綠色量子點(diǎn)溶液與15ml、波美度為40的硅酸鈉溶液混合均勻后，60°C下加熱旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至溶液變?yōu)橥该饔叙ば缘哪z狀物，得到含水溶性綠色量子點(diǎn)的復(fù)合材料。將膠狀物取出，粘附在紫外光LED的表面，粘附厚度1cm，放入烤箱中加熱烘烤，在60°C下至膠狀物完全固化，得到光致發(fā)光含水溶性CdTe綠色量子點(diǎn)的復(fù)合材料。
[0042]圖1為本實(shí)施例水溶性CdTe綠色量子點(diǎn)水溶液、水溶性CdTe綠色量子點(diǎn)-硅酸鈉混合溶液以及含水溶性CdTe綠色量子點(diǎn)的復(fù)合材料的PL譜線。如圖1所示，水溶性CdTe綠色量子點(diǎn)-硅酸鈉混合溶液，以及制備的含水溶性CdTe綠色量子點(diǎn)的復(fù)合材料的PL譜線的熒光峰位與水溶性CdTe綠色量子點(diǎn)水溶液的基本相同，說明水溶性CdTe綠色量子點(diǎn)在混入硅酸鈉溶液中以及合成在復(fù)合材料中時(shí)，發(fā)光性質(zhì)沒有改變。
[0043]圖4a、b圖分別為本實(shí)施例制備的含水溶性綠光量子點(diǎn)的復(fù)合材料固化在紫外光LED表面，未通電的實(shí)物圖和通電后的發(fā)光效果圖；由這兩個(gè)圖可以看出復(fù)合材料能很好的涂覆在LED基片上，并產(chǎn)生光致發(fā)光。
[0044]實(shí)施例2光致發(fā)光含水溶性CdTe紅色量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備
[0045]I)水溶性CdTe紅色量子點(diǎn)的制備:在353ml的去離子水中加入40ml、濃度為
0.lmol/L的CdCl2溶液以及835ul的巰基丙酸(MPA)，充分?jǐn)嚢韬笥?mol/L NaOH調(diào)節(jié)混合溶液pH至9.0，用N2脫氧30分鐘后，用注射器取1.2ml、濃度為0.667mol/L的NaHTe溶液注入混合溶液。攪拌10分鐘后，100°C下加熱8h，得到CdTe紅色量子點(diǎn)溶液。最終溶液中Cd的總濃度為IX 10_2mol/L。Cd/MPA/NaHTe的摩爾比例為1/2.4/0.2。
[0046]2)將15ml、濃度為I X l(T2mol/LCdTe紅色量子點(diǎn)溶液與15ml、波美度為40的硅酸鈉溶液混合均勻后，60°C下加熱旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至溶液變?yōu)橥该饔叙ば缘哪z狀物，得到含水溶性紅色量子點(diǎn)的復(fù)合材料。將膠狀物取出，粘附在紫外光LED的表面，粘附厚度1cm，放入烤箱中加熱烘烤，在60°C下至膠狀物完全固化，得到光致發(fā)光含水溶性CdTe紅色量子點(diǎn)的復(fù)合材料。
[0047] 圖2為本實(shí)施例水溶性CdTe紅色量子點(diǎn)水溶液、水溶性CdTe紅色量子點(diǎn)-硅酸鈉混合溶液以及含水溶性CdTe紅色量子點(diǎn)的復(fù)合材料的PL譜線。如圖2所示，水溶性CdTe紅色量子點(diǎn)-硅酸鈉混合溶液，以及制備的含水溶性CdTe紅色量子點(diǎn)的復(fù)合材料的PL譜線的熒光峰位與水溶性CdTe紅色量子點(diǎn)水溶液的基本相同，說明水溶性CdTe紅色量子點(diǎn)在混入硅酸鈉溶液中以及合成在復(fù)合材料中時(shí)，發(fā)光性質(zhì)沒有改變。
[0048]圖4c、d圖分別為本實(shí)施例制備的含水溶性紅光量子點(diǎn)的復(fù)合材料固化在玻璃片表面，未在紫外燈照射下的實(shí)物圖和在紫外燈照射下的發(fā)光效果圖。由這兩個(gè)圖片可以看出，固化后的復(fù)合材料在紫外燈下可以發(fā)光。
[0049]實(shí)施例3光致發(fā)光含水溶性Cu: ZnSe藍(lán)色量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備
[0050]I)水溶性Cu = ZnSe藍(lán)色量子點(diǎn)的制備:在174ml的去離子水中加入20ml、濃度為
0.lmol/L的Zn (NO3)2溶液，200ul、濃度為0.lmol/LCuCl2溶液以及348ul的巰基丙酸，充分?jǐn)嚢韬笥?mol/L NaOH調(diào)節(jié)混合溶液pH至11.5，用N2脫氧30分鐘后，用注射器取0.6ml、濃度為0.667mol/L的NaHTe溶液注入混合溶液。攪拌10分鐘后，100°C下加熱2h，得到Cu = ZnSe藍(lán)色量子點(diǎn)溶液。最終溶液中Zn的總濃度為0.01mol/L。Zn:Cu:MPA:Se的摩爾比例為 1.0:0.01:2.0:0.2。
[0051]2)將15ml、濃度為0.01mol/L Cu:ZnSe藍(lán)色量子點(diǎn)溶液與15ml、波美度為40的硅酸鈉溶液混合均勻后，60°C下加熱旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至溶液變?yōu)橥该饔叙ば缘哪z狀物，得到含水溶性藍(lán)色量子點(diǎn)的復(fù)合材料。將膠狀物取出，粘附在紫外光LED的表面，粘附厚度1cm，放入烤箱中加熱烘烤，在60°C下至膠狀物完全固化，得到光致發(fā)光含水溶性Cu:ZnSe藍(lán)色量子點(diǎn)的復(fù)合材料。
[0052]圖3為本實(shí)施例水溶性Cu = ZnSe藍(lán)色量子點(diǎn)水溶液、水溶性Cu = ZnSe藍(lán)色量子點(diǎn)-硅酸鈉混合溶液以及含水溶性Cu = ZnSe藍(lán)色量子點(diǎn)的復(fù)合材料的PL譜線。如圖3所示，水溶性Cu = ZnSe藍(lán)色量子點(diǎn)-硅酸鈉混合溶液的PL譜線的熒光峰位與水溶性Cu = ZnSe藍(lán)色量子點(diǎn)水溶液的相同，但制備的含水溶性Cu: ZnSe藍(lán)色量子點(diǎn)的復(fù)合材料的PL譜線的熒光峰位與Cu = ZnSe藍(lán)色量子點(diǎn)水溶液的相比有一些變化，說明水溶性Cu = ZnSe藍(lán)色量子點(diǎn)合成在復(fù)合材料中時(shí)，發(fā)光性質(zhì)有所影響，但由于其熒光峰仍然處在藍(lán)光區(qū)域，所以含水溶性Cu = ZnSe藍(lán)色量子點(diǎn)的復(fù)合材料仍然可以用作光致發(fā)光的水溶性藍(lán)光LED。
[0053]實(shí)施例4發(fā)白光的含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備
[0054]將實(shí)施例1制備的含水溶性綠色量子點(diǎn)的復(fù)合材料、實(shí)施例2制備的含水溶性紅色量子點(diǎn)的復(fù)合材料、實(shí)施例3制備的含水溶性藍(lán)色量子點(diǎn)的復(fù)合材料按照藍(lán)、綠、紅依次粘附在紫外光LED表面，每個(gè)顏色一層，厚度比為10:2:1，總的厚度控制在2cm，放入烤箱中加熱烘烤，在60°C下至完 全固化，得到發(fā)白光的含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料。
【權(quán)利要求】
1.一種含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、將水溶性量子點(diǎn)溶液與硅酸鈉溶液按體積比0.5~2.0混合均勻，得到混合溶液；其中，水溶性量子點(diǎn)溶液的濃度為1X10_3~lX10_2mol/L，硅酸鈉溶液的波美度為38 ~50 ; 步驟二、將步驟一得到的混合溶液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至膠狀，停止旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，得到含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟一所述水溶性量子點(diǎn)為水溶性CdTe量子點(diǎn)或水溶性Cu = ZnSe量子點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟二混合溶液在40~70°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)。
4.一種光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、按權(quán)利要求1或2所述方法制備出含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料； 步驟二、將步驟一制備的含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料均勻粘附在紫外光LED表面，粘附厚度為I~2cm，在60°C~100°C下至完全固化，得到所述光致發(fā)光含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料。
5.一種發(fā)白光的含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、按權(quán)利要求1或2所述方法分別制備出含水溶性紅色量子點(diǎn)的復(fù)合材料、含水溶性綠色量子點(diǎn)的復(fù)合材料、含水溶性藍(lán)色量子點(diǎn)的復(fù)合材料； 步驟二、將步驟一制備的三種復(fù)合材料按照藍(lán)、綠、紅厚度比8~10:1.5~2:0.8~I依次均勻粘附在紫外光LED表面，總厚度為2~3cm，在60°C~100°C下至完全固化，得到所述發(fā)白光的含水溶性量子點(diǎn)的復(fù)合材料。
【文檔編號(hào)】C09K11/58GK103980880SQ201410217386
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】王春雷, 杜錦華, 徐淑宏, 崔一平 申請(qǐng)人:東南大學(xué)