一种兼具荧光和室温铁磁性的无毒稀磁量子点材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于量子点发光材料领域，特别涉及一种兼具荧光和室温铁磁性的无毒稀磁量子点材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]稀磁量子点是通过将磁性离子与量子点结合，使其具备光学特性和磁学特性。利用这些特性可以制备出自旋器件，而为了使自旋器件可以在室温下使用，制备出的稀磁量子点需要满足一个严苛的条件即在室温下具备铁磁性。而传统上制备稀磁量子的存在两个问题，一是基于Cd这类有毒性重金属来制备，二大多数无法实现室温铁磁性。因此制备出无Cd并具有室温铁磁性的稀磁量子点就显得尤为重要。
【发明内容】
[0003]本发明的目的提供一种兼具荧光和室温铁磁性的无毒稀磁量子点材料及其制备方法，以解决传统稀磁量子点含Cd且大多数不具有室温铁磁性的问题。
[0004]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0005]—种兼具荧光和室温铁磁性的无毒稀磁量子点材料，其为由2到4层ZnS壳包裹的Co: CuInS2，结构式为:Co: CuInS2iZnS, Co在量子点内部以离子形式存在。
[0006]—种兼具荧光和室温铁磁性的无毒稀磁量子点材料的制备方法，采用无毒材料Co, Cu, In，按照如下步骤制备稀磁C0:CuInS2@ZnS量子点:在氮气环境下向正十二硫醇的DDT溶液中加入Co2+，Cu+,In3+，加热形成Co: &111^2量子点核；然后再降低温度将Zn前驱体分散在Co:CuInSdS溶液中；随后再加热，直到ZnS壳层生长完成。
[0007]进一步的，所述的Cu+，ΖιΛ In3+，Co2+分别来自碘化亚铜(Cul)，醋酸锌(Zn(0Ac)2)，醋酸铟(In(0Ac)3)，醋酸钴(Co(0Ac)2) ;S源为:在加热下分解的正十二硫醇。
[0008]进一步的，Co2+, Cu+, In3+的加入量的摩尔比为1:2:2，Co 2+与正十二硫醇的DDT溶液的摩尔体积比为0.0lmmol: 12mL。
[0009]进一步的，Zn/ (Cu+In)的摩尔比为1.75到3.5之间。
[0010]进一步的，Co/(Cu+In)的摩尔比控制在2%到10%。
[0011]进一步的，Cu/(Cu+In)的摩尔比控制在33%到66%之间，能够将该量子点的荧光峰位从545nm调到555nm。
[0012]进一步的，(:0:&111^2成核温度控制在195-205°C，核生长时间控制在90_100Min。
[0013]进一步的，Zn前驱体分散在Co:CuInSjS溶液中的温度控制在20_60°C。
[0014]进一步的，ZnS壳层生长时的温度控制在220-235°C，ZnS壳层生长的时间控制在100-120Min。
[0015]本发明的有益效果是:
[0016]本发明的量子点材料既具有荧光具有室温铁磁性。通过Cu/In比可以实现荧光峰位从545-555nm可调，荧光量子效率大约2 %且最大磁化率在4.996X 10 3到13.457X 10 3emu之间。且Co在量子点内部以离子形式存在，而非团簇形式存在。制备方法所需设备简单、容易操作、原料供给方便、原料价格低廉，在一般的化学实验室均能完成，易于推广；这种不含Cd且具备室温铁磁性的材料有望制备出能在室温使用的无镉自旋器件。
【附图说明】
[0017]图1为具有荧光和室温铁磁性Co:CuInS2iZnS量子点的制备流程图；
[0018]图2为在不同Co/(Cu+In)比例下的磁滞回线图；
[0019]图3为ZnS在不同PL图；
[0020]图4为不同Cu/In下Co:CuInS2iZnS量子点在3层ZnS壳层下PL图；
[0021]图5为不同Co/ (Cu+In)比例下Co:CuInS2iZnS量子点在3层ZnS壳层下PL图；内置图片为Co掺杂量为2%的Co:CuInS2@ZnS量子点在365nm波长的紫外灯下的实物图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合【具体实施方式】对本发明作更进一步的说明。
[0023]如图1，本发明的兼具荧光和室温铁磁性的无毒稀磁量子点材料，其为由2到4层ZnS壳包裹的Co:CuInS2，结构式为:Co:CuInS2@ZnS，Co在量子点内部以离子形式存在。
[0024]上述兼具荧光和室温铁磁性的无毒稀磁量子点材料的制备方法为:采用无毒材料Co, Cu, In，按照如下步骤制备稀磁C0:CuInS2@ZnS量子点:在氮气环境下向正十二硫醇的DDT溶液中加入Co2+，Cu+,In3+，加热形成Co: &111^2量子点核；然后再降低温度将Zn前驱体分散在Co:CuInSdS溶液中；随后再加热，直到ZnS壳层生长完成。
[0025]上述方法中，Co: &111^2成核温度控制在195-205 °C，核生长时间控制在90-100Min ;Zn前驱体分散在Co:CuInSjS溶液中的温度控制在20-60°C ；ZnS壳层生长时的温度控制在220-235°C，ZnS壳层生长的时间控制在100_120Min。
[0026]Cu+，Zn2+，In3+，Co2+分别来自碘化亚铜(Cul)，醋酸锌(Zn (OAc) 2)，醋酸铟(In(0Ac)3)，醋酸钴(Co(0Ac)2) ;S源为:在加热下分解的正十二硫醇。
[0027]Co2+, Cu+, In3+的加入量的摩尔比为1:2:2，Co 2+与正十二硫醇的DDT溶液的摩尔体积比为 0.0lmmol: 12mL。
[0028]控制Zn/ (Cu+In)的摩尔比为1.75到3.5之间，ZnS壳层厚度在2到4层之间。
[0029]如图2和图5，Co/ (Cu+In)的摩尔比控制在2%到10%，以便保持量子点的荧光性會泛。
[0030]如图4，Cu/ (Cu+In)的摩尔比控制在33 %到66 %之间，能够将该量子点的荧光峰位从545nm调到555nm。
[0031]实施例
[0032]本实施例中所使用的Cul，Co (OAc) 2，Zn (OAc) 2，In (OAc) 3粉等原材料均为分析纯试剂，溶剂和配体为正十二硫醇的DDT溶液，所用的玻璃仪器使用前用去离子水润洗三遍后真空干燥。
[0033]制备具有荧光和室温铁磁性包裹3层ZnS的Co掺杂量为2%的Co:CuInS2@ZnS量子点，包括如下步骤:
[0034](1)具有铁磁性Co:CuInSjS:在氮气环境下向12mL正十二硫醇的DDT溶液中加入 Co2+(0.0lmmol), Cu+ (0.2mmol), In3+(0.2mmol)，然后加热到 200 °C，之后在 200°C 保持90Min，最后出去热源在常温环境下冷却到室温，进行ZnS包壳；
[0035](2) ZnS包壳:将lmmol Zn前驱体加入到常温下的Co: CuInS2核溶液中，然后升温到230°C，之后在该温度下保持120Min。到此量子点生长完成。等降温到室温后，用甲苯与甲醇1:3的混合液进行提纯，最后分散在甲苯中。
[0036]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种兼具荧光和室温铁磁性的无毒稀磁量子点材料，其特征在于:其为由2到4层ZnS壳包裹的Co:CuInS2，结构式为:Co:CuInS2@ZnS，Co在量子点内部以离子形式存在。2.—种兼具荧光和室温铁磁性的无毒稀磁量子点材料的制备方法，其特征在于:采用无毒材料Co，Cu, In，按照如下步骤制备稀磁C0:CuInS2@ZnS量子点:在氮气环境下向正十二硫醇的DDT溶液中加入Co2+，Cu+, In3+，加热形成Co:&111^2量子点核；然后再降低温度将Zn前驱体分散在Co:CuInSdS溶液中；随后再加热，直到ZnS壳层生长完成。3.如权利要求2所述的兼具荧光和室温铁磁性的无毒稀磁量子点材料的制备方法，其特征在于:所述的Cu+，Zn2+，In3+，Co2+分别来自碘化亚铜(Cul),醋酸锌(Zn(OAc) 2)，醋酸铟(In(0Ac)3)，醋酸钴(Co(0Ac)2) ;S源为:在加热下分解的正十二硫醇。4.如权利要求2所述的兼具荧光和室温铁磁性的无毒稀磁量子点材料的制备方法，其特征在于:Co2+，Cu+, In3+的加入量的摩尔比为1:2:2，Co 2+与正十二硫醇的DDT溶液的摩尔体积比为 0.0lmmol: 12mL。5.如权利要求2所述的兼具荧光和室温铁磁性的无毒稀磁量子点材料的制备方法，其特征在于:Zn/ (Cu+In)的摩尔比为1.75到3.5之间。6.如权利要求2所述的兼具荧光和室温铁磁性的无毒稀磁量子点材料的制备方法，其特征在于:Co/(Cu+In)的摩尔比控制在2%到10%。7.如权利要求2所述的兼具荧光和室温铁磁性的无毒稀磁量子点材料的制备方法，其特征在于:Cu/(Cu+In)的摩尔比控制在33%到66%之间，能够将该量子点的荧光峰位从545nm 调到 555nm。8.如权利要求2所述的兼具荧光和室温铁磁性的无毒稀磁量子点材料的制备方法，其特征在于:(:0:(:1111132成核温度控制在195-205°C，核生长时间控制在90_100Min。9.如权利要求2所述的兼具荧光和室温铁磁性的无毒稀磁量子点材料的制备方法，其特征在于:Zn前驱体分散在Co:CuInSjS溶液中的温度控制在20_60°C。10.如权利要求2所述的兼具荧光和室温铁磁性的无毒稀磁量子点材料的制备方法，其特征在于:ZnS壳层生长时的温度控制在220-235°C，ZnS壳层生长的时间控制在100-120Min。
【专利摘要】本发明公开了一种兼具荧光和室温铁磁性的无毒稀磁量子点材料及其制备方法，该量子点材料为由2到4层ZnS壳包裹的Co:CuInS2，结构式为：Co:CuInS2ZnS，Co在量子点内部以离子形式存在。其制备方法包括如下步骤：(1)具有室温铁磁性Co:CuInS2核的制备；(2)在室温下注入Zn源，包裹适当厚度的ZnS壳层。本发明采用是单锅热分解法，过程简单、容易操作、原料供给方便、原料价格低廉，在一般的化学实验室均能完成，易于推广。
【IPC分类】C09K11/02, H01F1/055, C09K11/60
【公开号】CN105385436
【申请号】CN201510882258
【发明人】王春雷, 申进, 徐淑宏, 崔一平
【申请人】东南大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年12月3日