专利名称：一种快速制备和筛选iib族半导体纳米发光材料的方法
技术领域：
本发明属于纳米发光材料技术领域，具体涉及一种快速制备和筛选IIB族半导体纳米发光材料的方法。
背景技术：
在现代高新技术和高科技产业迅速发展的今天，对具有特定功能新型材料的需求与日俱增，因此加速新材料的开发进程是科学界当今面临的重大挑战。化学工业正在全球化经济和可持续发展中进行全面的结构调整，尽管现今化合物的组成和结构丰富多样，但要找到具备特定功能的新物质仍然有较大的困难。传统的″炒菜式″合成策略效率低下，使得新材料的发现和优化存在成本高、周期长、产出少和偶然性大等弊端，给新材料的开发和合成带来极大的限制。因此，发展快速发现、优化新材料的创新组合技术，利用相关学科的新成就，开拓研究开发的新领域，迅速提高研究开发的速度和效率，是现今科学界当务之急的任务。
组合化学(combinatorial chemistry)，又称为组合合成，是一种合成大量化合物的策略和方法。可以定义为平行、系统、反复地共价连接不同结构的″构建单元(buildingblocks)″，迅速得到大量化合物，以进行高通量筛选的一种策略与方法。组合合成技术正是这样一种能够快速、有效地合成新材料的方法，它可以迅速提高化合物的合成效率，缩短研究周期，大大降低经费开支。
组合合成技术的最大优势在于其高效性。应用组合技术实现新材料的发现和优化，将可以减少试验次数、缩小试验规模、降低试验成本、缩短筛选周期，这必然成为未来新材料研究发展方向之一。
至今为止，仅以传统″炒菜式″合成方法制备纳米材料，并研究其发光性能存在着偶然性大、产出少和周期长等弊端。因此，将集成组合技术的理念用于纳米材料的快速发现和优化，以设计出合理的且具有创新意义的反应路线是本领域技术人员的研究目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速制备和筛选IIB族半导体纳米发光材料的方法。
本发明提出的快速制备和筛选IIB族半导体纳米发光材料的方法，是通过正交设计，根据不同浓度和掺杂配比，以十二烷基硫酸钠(SDS)为表面活性剂，一步快速合成具有不同形貌、不同发光情况、相同成分掺杂IIB族半导体纳米发光材料的方法。
本发明提出的快速制备和筛选IIB族半导体纳米发光材料的方法，其具体步骤如下(1)运用正交设计方法，设计9种掺杂IIB族半导体纳米发光材料方案，其中；可溶性IIB族金属盐与金属盐的摩尔比为5∶1-5∶5，作为阳离子的可溶性IIB族金属盐与金属盐的总和与硫化钠的摩尔比为1∶0.8-1∶1，十二烷基硫酸钠与硫化钠的摩尔比为1∶48-1∶52；(2)按照步骤(1)中的方案，分别配制可溶性IIB族金属盐、金属盐、硫化钠和十二烷基硫酸钠(SDS)，并分别盛于烧杯中；(3)根据步骤(1)中的方案，在室温下平行滴定，依次向容器中加入不同浓度、不同配比量的IIB族金属盐、金属盐、十二烷基硫酸钠，搅拌；(4)边搅拌边向步骤(3)中滴加硫化钠；(5)将步骤(4)中所得产物冲洗，即可得到所需产品；其中，所述金属盐为银盐或锰盐。
本发明中，所述可溶性IIB族金属盐为醋酸锌、硝酸锌、硫酸锌、醋酸镉、硝酸镉或硫酸镉等中任一种。
本发明中，所述银盐为醋酸银或硝酸银等，所述锰盐为醋酸锰、硝酸锰或硫酸锰等中任一种。
本发明中，当可溶性IIB族金属盐为醋酸锌或醋酸镉时，金属盐使用醋酸银、醋酸锰；当可溶性IIB族金属盐为硝酸锌或硝酸镉时，金属盐使用硝酸银、硝酸锰；当可溶性IIB族金属盐为硫酸锌或硫酸镉时，金属盐使用硫酸锰。
本发明中，所述步骤(5)中洗涤可以采用蒸馏水和无水乙醇洗涤，洗涤次数为3-6次。
用本发明方法可制备筛选获得最优化形貌、发光性能的掺杂IIB族半导体纳米发光材料，整个制备过程中条件温和，无需任何有机物添加剂，无污染，符合可持续发展的绿色环保要求。具体是根据不同浓度和掺杂配比，以十二烷基硫酸钠(SDS)为表面活性剂，一步快速合成具有不同形貌、不同发光情况、相同成分掺杂IIB族半导体纳米发光材料的方法。
本发明经过长期研究发现，IIB-VI族半导体材料是典型的能带较宽的半导体，它们在电子、光学、生物、涂料、医药等行业具有广阔的应用前景。其纳米材料更加具有突出的、优良的光电性能，已经在非线性光学器件、光催化、发光二极管、化学电池、同位素生物标签、生物荧光探针等方面有所应用。其制备工艺较简单，成本低，具有很大的实用价值，一直被应用和研究。本发明通过正交设计，综合全面地考虑了影响产物形貌和发光性能的因素，快速制备合成产物，通过透射电镜和荧光仪的检测，最终筛选出形貌、发光性能最优化的产物。
本发明所得产品可以分别采用透射电子显微镜(TEM)和荧光仪进行检测，对产物的形貌结构和发光性能进行表征及性能筛选，TEM结果表明其分散状况好，由粒径在50至80nm的粒子组成类似橄榄的形状。荧光检测结果显示，优化得到的产物在一定激发波长下有发光现象，从而验证了该体系筛选出来的产物具有良好的发光性能，同时目标产物和体材料相比有一定程度的蓝移现象，并且荧光强度提高了70％，最终得到运用本发明方法筛选优化出的掺杂IIB族半导体纳米发光材料。
本发明具有以下优点1、本发明取代了传统的“炒菜式”合成制备方法，能快速有效地制备目标产物。应用组合技术实现新材料的发现和优化，将可以减少试验次数、缩小试验规模、降低试验成本、缩短筛选周期，这必然成为未来新材料研究发展方向之一，从而大大推动了新的合成物质的诞生。
2、由于本发明整个生产过程中条件温和，无需任何有机物添加剂，无污染，符合可持续发展的绿色环保要求。
3、本发明操作简单、快速，推广性强。只需要调整金属阴阳离子化合物种类，并运用正交设计方法，就能简单地合成制备出待测产物，最终筛选优化出目标材料。
4、本发明制备的产物具有良好的发光性能。荧光光谱分析结果表明，产物具有良好的发光性能，和体材料相比较，产物的荧光强度均有不通程度的提高。
图1为实施例1制得的样品阵列。
图2为实施例1的透射电子显微镜(TEM)获得的形貌图。
图3为实施例1的产物和体材料相比激发波长为274纳米的荧光发射光谱图。
具体实施例方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
实施例1(1)如表1所示，运用正交设计方法设计9种掺银硫化锌纳米微晶方案，综合全面地考虑了影响产物形貌、性能的因素；表1
(2)按表1的要求配制一定浓度的硝酸锌、硝酸银、硫化钠和十二烷基硫酸钠(SDS)并分别盛于烧杯中；(3)根据表1中的设计方案，平行滴定，在室温下依次加入不同浓度、不同配比量的硝酸锌、硝酸银、十二烷基硫酸钠(SDS)，搅拌；(4)在搅拌过程中向步骤(3)中加入不同浓度的硫化钠；(5)分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗3次步骤(4)中所得到的各个产物，最终得到所需掺银硫化锌纳米材料。
将步骤(5)中所得产品分别用透射电子显微镜(TEM)和荧光仪对产物的形貌结构和发光性能进行了表征及性能筛选，8号样品ZnS:Ag的TEM结果表明其分散状况好，由粒径在50至80nm的粒子组装而成类似橄榄状的结构。如图2所示的荧光发射光谱图显示，优化得到的产物在一定激发波长下有发光现象，从而验证了该体系筛选出来的产物具有良好的发光性能，同时如图3所示目标产物和体材料相比发射峰有一定程度的蓝移现象，并且荧光强度提高了70％，最终得到运用本发明方法筛选优化出的掺银硫化锌纳米发光材料。
实施例2(1)如表2所示，运用正交设计方法设计9种掺锰硫化镉纳米微晶方案，综合全面地考虑了影响产物形貌、性能的因素；表2
(2)按表2的要求配制一定浓度的可溶性硝酸镉、硝酸锰、硫化钠和十二烷基硫酸钠(SDS)并分别盛于烧杯中；(3)根据表1中的设计方案，平行滴定，在室温下依次加入不同浓度、不同配比量的硝酸镉、硝酸锰、十二烷基硫酸钠(SDS)，搅拌；(4)在搅拌过程中向步骤(3)中加入不同浓度的硫化钠；(5)分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗4次步骤(4)中所得到的各个产物，最终得到所需掺锰硫化镉纳米材料。
将步骤(5)中所得产品分别用透射电子显微镜(TEM)和荧光仪对产物的形貌结构和发光性能进行了表征及性能筛选，9号样品CdS:Mn的TEM结果表明其由平均尺寸为23*96*1000nm的棒组装而成类似花状的结构。同样可以通过荧光发射光谱图显示，优化得到的产物在一定激发波长下有发光现象，从而验证了该体系筛选出来的产物具有良好的发光性能，同时目标产物和体材料相比发射峰有一定程度的蓝移现象，并且荧光强度提高了50％，最终得到运用本发明方法筛选优化出的掺锰硫化镉纳米发光材料。
实施例3(1)如表3所示，运用正交设计方法设计9种掺锰硫化镉纳米微晶方案，综合全面地考虑了影响产物形貌、性能的因素；表3
(2)按表3的要求配制一定浓度的可溶性醋酸镉、醋酸锰、硫化钠和十二烷基硫酸钠(SDS)并分别盛于烧杯中；(3)根据表1中的设计方案，平行滴定，在室温下依次加入不同浓度、不同配比量的醋酸镉、醋酸锰、十二烷基硫酸钠(SDS)，搅拌；(4)在搅拌过程中向步骤(3)中加入不同浓度的硫化钠；(5)分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗3次步骤(4)中所得到的各个产物，最终得到所需掺锰硫化镉纳米材料。
将步骤(5)中所得产品分别用透射电子显微镜(TEM)和荧光仪对产物的形貌结构和发光性能进行了表征及性能筛选，9号样品CdS:Mn的TEM结果表明其由平均尺寸为23*96*1000nm的棒组装而成类似花状的结构。同样可以通过荧光发射光谱图显示，优化得到的产物在一定激发波长下有发光现象，从而验证了该体系筛选出来的产物具有良好的发光性能，同时目标产物和体材料相比发射峰有一定程度的蓝移现象，并且荧光强度提高了50％，最终得到运用本发明方法筛选优化出的掺锰硫化镉纳米发光材料。
实施例4(1)如表4所示，运用正交设计方法设计9种掺银硫化镉纳米微晶方案，综合全面地考虑了影响产物形貌、性能的因素；表4
(2)按表4的要求配制一定浓度的可溶性硝酸镉、硝酸银、硫化钠和十二烷基硫酸钠(SDS)并分别盛于烧杯中；(3)根据表1中的设计方案，平行滴定，在室温下依次加入不同浓度、不同配比量的硝酸镉、硝酸银、十二烷基硫酸钠(SDS)，搅拌；(4)在搅拌过程中向步骤(3)中加入不同浓度的硫化钠；(5)分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗5次步骤(4)中所得到的各个产物，最终得到所需掺银硫化镉纳米材料。
将步骤(5)中所得产品分别用透射电子显微镜(TEM)和荧光仪对产物的形貌结构和发光性能进行了表征及性能筛选，9号样品CdS:Ag的TEM结果表明其由棒组装而成类似宝剑状的结构。同样可以通过荧光发射光谱图显示，优化得到的产物在一定激发波长下有发光现象，从而验证了该体系筛选出来的产物具有良好的发光性能，同时目标产物和体材料相比发射峰有一定程度的蓝移现象，并且荧光强度提高了50％，最终得到运用本发明方法筛选优化出的掺银硫化镉纳米发光材料。
实施例5(1)如表5所示，运用正交设计方法设计9种掺锰硫化锌纳米微晶方案，综合全面地考虑了影响产物形貌、性能的因素；表5
(2)按表5的要求配制一定浓度的可溶性醋酸锌、醋酸锰、硫化钠和十二烷基硫酸钠(SDS)并分别盛于烧杯中；(3)根据表1中的设计方案，平行滴定，在室温下依次加入不同浓度、不同配比量的醋酸锌、醋酸锰、十二烷基硫酸钠(SDS)，搅拌；(4)在搅拌过程中向步骤(3)中加入不同浓度的硫化钠；(5)分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗6次步骤(4)中所得到的各个产物，最终得到所需掺锰硫化锌纳米材料。
将步骤(5)中所得产品分别用透射电子显微镜(TEM)和荧光仪对产物的形貌结构和发光性能进行了表征及性能筛选，8号样品ZnS:Mn的TEM结果表明其分散状况好，由粒径在30至80nm的粒子组装而成的结构。同样可以通过荧光发射光谱图显示，优化得到的产物在一定激发波长下有发光现象，从而验证了该体系筛选出来的产物具有良好的发光性能，同时目标产物和体材料相比发射峰有一定程度的蓝移现象，并且荧光强度提高了70％，最终得到运用本发明方法筛选优化出的掺锰硫化锌纳米发光材料。
实施例6(1)如表6所示，运用正交设计方法设计9种掺锰硫化锌纳米微晶方案，综合全面地考虑了影响产物形貌、性能的因素；表6
(2)按表6的要求配制一定浓度的可溶性硝酸锌、硝酸锰、硫化钠和十二烷基硫酸钠(SDS)并分别盛于烧杯中；(3)根据表1中的设计方案，平行滴定，在室温下依次加入不同浓度、不同配比量的硝酸锌、硝酸锰、十二烷基硫酸钠(SDS)，搅拌；(4)在搅拌过程中向步骤(3)中加入不同浓度的硫化钠；(5)分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗4次步骤(4)中所得到的各个产物，最终得到所需掺锰硫化镉纳米材料。
将步骤(5)中所得产品分别用透射电子显微镜(TEM)和荧光仪对产物的形貌结构和发光性能进行了表征及性能筛选，8号样品ZnS:Mn的TEM结果表明其分散状况好，由粒径在30至80nm的粒子组装而成的结构。同样可以通过荧光发射光谱图显示，优化得到的产物在一定激发波长下有发光现象，从而验证了该体系筛选出来的产物具有良好的发光性能，同时目标产物和体材料相比发射峰有一定程度的蓝移现象，并且荧光强度提高了70％，最终得到运用本发明方法筛选优化出的掺锰硫化锌纳米发光材料。
实施例7(1)如表7所示，运用正交设计方法设计9种掺锰硫化锌纳米微晶方案，综合全面地考虑了影响产物形貌、性能的因素；表7
(2)按表7的要求配制一定浓度的可溶性硫酸锌、硫酸锰、硫化钠和十二烷基硫酸钠(SDS)并分别盛于烧杯中；(3)根据表1中的设计方案，平行滴定，在室温下依次加入不同浓度、不同配比量的硫酸锌、硫酸锰、十二烷基硫酸钠(SDS)，搅拌；(4)在搅拌过程中向步骤(3)中加入不同浓度的硫化钠；(5)分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗6次步骤(4)中所得到的各个产物，最终得到所需掺锰硫化锌纳米材料。
将步骤(5)中所得产品分别用透射电子显微镜(TEM)和荧光仪对产物的形貌结构和发光性能进行了表征及性能筛选，8号样品ZnS:Mn的TEM结果表明其分散状况好，由粒径在30至80nm的粒子组装而成的结构。同样可以通过荧光发射光谱图显示，优化得到的产物在一定激发波长下有发光现象，从而验证了该体系筛选出来的产物具有良好的发光性能，同时目标产物和体材料相比发射峰有一定程度的蓝移现象，并且荧光强度提高了70％，最终得到运用本发明方法筛选优化出的掺锰硫化锌纳米发光材料。
实施例8(1)如表8所示，运用正交设计方法设计9种掺锰硫化镉纳米微晶方案，综合全面地考虑了影响产物形貌、性能的因素；表8
(2)按表8的要求配制一定浓度的可溶性硫酸镉、硫酸锰、硫化钠和十二烷基硫酸钠(SDS)并分别盛于烧杯中；(3)根据表1中的设计方案，平行滴定，在室温下依次加入不同浓度、不同配比量的硫酸镉、硫酸锰、十二烷基硫酸钠(SDS)，搅拌；(4)在搅拌过程中向步骤(3)中加入不同浓度的硫化钠；(5)分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗5次步骤(4)中所得到的各个产物，最终得到所需掺锰硫化镉纳米材料。
将步骤(5)中所得产品分别用透射电子显微镜(TEM)和荧光仪对产物的形貌结构和发光性能进行了表征及性能筛选，9号样品CdS:Mn的TEM结果表明其由平均尺寸为23×96×1000nm的棒组装而成类似花状的结构。同样可以通过荧光发射光谱图显示，优化得到的产物在一定激发波长下有发光现象，从而验证了该体系筛选出来的产物具有良好的发光性能，同时目标产物和体材料相比发射峰有一定程度的蓝移现象，并且荧光强度提高了50％，最终得到运用本发明方法筛选优化出的掺锰硫化镉纳米发光材料。
从实施例1-实施例8中可见，本发明方法可制备筛选获得最优化形貌、发光性能的掺杂IIB族半导体纳米发光材料，而且整个制备过程中条件温和，无需任何有机物添加剂，无污染，符合可持续发展的绿色环保要求。
权利要求
1.一种快速制备和筛选IIB族半导体纳米发光材料的方法，其特征在于具体步骤如下(1)运用正交设计方法，设计9种掺杂IIB族半导体纳米发光材料方案，其中；可溶性IIB族金属盐与金属盐的摩尔比为5∶1-5∶5，作为的阳离子的可溶性IIB族金属盐与金属盐的总和与硫化钠的摩尔比为1∶0.8-1∶1，十二烷基硫酸钠与硫化钠的摩尔比为1∶48-1∶52；(2)按照步骤(1)中的方案，分别配制可溶性IIB族金属盐、金属盐、硫化钠和十二烷基硫酸钠，并分别盛于烧杯中；(3)根据步骤(1)中的方案，在室温下平行滴定，依次向容器中加入不同浓度、不同配比量的IIB族金属盐、金属盐、十二烷基硫酸钠，搅拌；(4)边搅拌边向步骤(3)中滴加硫化钠；(5)将步骤(4)中所得产物冲洗，即可得到所需产品；其中，所述金属盐为银盐或锰盐。
2.根据权利要求1所述的快速制备和筛选IIB族半导体纳米发光材料的方法，其特征在于所述可溶性IIB族金属盐为醋酸锌、硝酸锌、硫酸锌、醋酸镉、硝酸镉或硫酸镉中任一种。
3.根据权利要求1所述的快速制备和筛选IIB族半导体纳米发光材料的方法，其特征在于所述银盐为醋酸银或硝酸银，所述锰盐为醋酸锰、硝酸锰或硫酸锰中任一种。
4.根据权利要求1所述的快速制备和筛选IIB族半导体纳米发光材料的方法，其特征在于当可溶性IIB族金属盐为醋酸锌或醋酸镉时，金属盐使用醋酸银、醋酸锰；当可溶性IIB族金属盐为硝酸锌或硝酸镉时，金属盐使用硝酸银、硝酸锰；当可溶性IIB族金属盐为硫酸锌或硫酸镉时，金属盐使用硫酸锰。
5.根据权利要求1所述的快速制备和筛选IIB族半导体纳米发光材料的方法，其特征在于所述步骤(5)中洗涤采用蒸馏水和无水乙醇洗涤，洗涤次数为3-6次。
全文摘要
本发明属于纳米发光材料技术领域，具体涉及一种快速制备和筛选IIB族半导体纳米发光材料的方法。运用正交设计方法设计9个IIB族半导体纳米发光材料方案，配制一定浓度的可溶性IIB族金属盐、金属盐、硫化钠和十二烷基硫酸钠，并分别盛于烧杯中。根据设计，平行滴定，在室温下依次加入不同浓度、不同配比量的IIB族金属盐、金属盐，并用十二烷基硫酸钠作为表面活性剂。在搅拌过程中平行加入不同浓度的硫化钠，洗涤，最终得到所需产物。本发明所得产物可以分别用透射电子显微镜和荧光仪对产物的形貌结构和发光性能进行表征及性能筛选。本发明成本低廉、工艺简单、制备快速，无污染，可广泛地应用于化学方法制备和筛选目标产物，为新材料的发现和推广提供了创新的方法和理念。
文档编号C09K11/54GK1888009SQ20061002942
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月27日 优先权日2006年7月27日
发明者吴庆生, 张晓喻, 丁亚平 申请人:同济大学