一种氧化锌-氧化镁核壳结构量子点及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于紫外荧光纳米材料技术领域，具体涉及一种氧化锌-氧化镁核壳结构量子点及其制备方法。
【背景技术】
[0002]紫外发光在环保、能源、加工、照明、医疗等方面，比如杀菌、光敏材料的固化、材料表面处理、刻蚀、污染物的降解、生物医学检测及诊治等有重要应用。紫外辐射指光波长介于X射线和可见光波段的电磁辐射，主要分为长波(称为UVA，波长315?400nm)、中波(UVB，280?315醒)、短波(UVC，200?280nm)、真空紫外(VUV，100?200nm)四个波段。传统的紫外光源的结构形式主要有直管形，U形等管状结构，主要是以汞蒸气作为工作气体，由于其对环境有污染，逐步在减少使用该类光源。随着半导体发光器件的发展，国内紫外发光二极管(UV-LED)每年的市场规模达超过8亿美元，而UVA波段器件占有90%市场份额，主要的应用方向为UV固化包含油墨印刷、树脂固化，以及日渐兴起的3D打印机等。表明紫外荧光材料有着重要的应用价值。
[0003]氧化锌(ZnO)是I1-VI族化合物，作为一种直接带隙宽禁带半导体材料(室温下体禁带宽度3.37eV)，氧化锌的激子束缚能达60meV，是氮化镓(25meV)的两倍以上。对于氧化锌量子点，由于量子约束效应，激子束缚能将随其尺寸进一步增加，禁带宽度提高。氧化锌量子点的近带边紫外荧光可通过尺寸调控在320-380nm，属于UVA波段，作为可印刷式紫外光源材料在微电子加工、医疗及环保领域的应用具有巨大潜能和广阔的应用背景。
[0004]对于制备氧化锌量子点的方法主要有脉冲激光沉积法、离子注入法、反应电子束蒸发法、热分解法和化学溶液法等。其中化学溶液法是通过溶液中发生化学反应，化合物形成单体，单体浓度上升并达到超饱和临界点，形成晶核，开始生长为晶体。化学溶液法可精确控制纳米颗粒的成分、尺寸、形状，制备出的纳米氧化锌粒径小，分散性好。但是氧化锌量子点容易团聚、表面缺陷过多，其发光波长和特性不够稳定，紫外发光效率较低。
【发明内容】
[0005]本发明为了克服现有化学溶液法制备氧化锌量子点的不足，本发明提供了一种氧化锌-氧化镁核壳结构量子点及其制备方法。得到的氧化锌-氧化镁核壳量子点直径小、粒径分布均匀、分散性好、无团聚，紫外发光效率有明显提高。
[0006]实现本发明目的的技术解决方案是:
[0007]一种氧化锌-氧化镁核壳结构量子点，所述量子点的具体制备步骤如下:
[0008]a.二水乙酸锌与乙醇在70_75°C温度下通过搅拌溶解，配制质量百分比浓度为2.8%的乙醇溶液。
[0009]b.—水氢氧化锂与乙醇在0°C温度下通过超声溶解，配制质量百分比浓度为0.7%的乙醇溶液。
[0010]C.在53°C恒定温度强力搅拌下，将上述氢氧化锂溶液倒入乙酸锌溶液，可通过控制生长时间调整氧化锌纳米核的尺寸。
[0011 ] d.四水乙酸镁加入步骤c得到的反应溶液，质量比为1:70-80，超声溶解，室温下静置I天，包覆氧化镁壳。
[0012]e.加入正庚烷(与步骤d得到的反应溶液体积比为3:1)，离心析出。再次加入正庚烷/乙醇混合溶液(体积比例4:1)，溶解后再次离心，干燥后重新溶入乙醇中保存。
[0013]d.用旋涂、喷涂、印刷的方法，将步骤e中得到的核壳量子点乙醇溶液制备在基片上，在空气中200°C烘烤。
[0014]步骤c中53°C的反应温度下，生长的氧化锌核的晶体质量较好。过高的反应温度会使核生长过快失衡导致团聚，反应溶液浑浊;过低的反应温度得到的量子点的光致发光效率较低，并且合成所需时间大大增加。
[0015]与现有技术相比，其显著优点是:本发明所制备量子点具有较高的紫外发光效率，并能稳定分散于乙醇中。所制备的氧化锌-氧化镁核壳量子点，直径约为3_5nm。
【附图说明】
[0016]图1为根据实施例1、实施例2产物的X射线衍射(XRD)谱图。
[0017]图2是实施例1产物在透射电镜得到的图片。
[0018]图3为实施例1产物的光致发光光谱。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。
[0020]实施例1
[0021]称量2.20g二水乙酸锌与10ml乙醇，在72°C温度下通过搅拌溶解。称量5.8g—水氢氧化锂与10ml乙醇，在0°C温度下通过超声溶解。混合上述乙酸锌乙醇溶液和氢氧化锂乙醇溶液，在53°C搅拌保持2分钟。随即在混合溶液中加入2.14g四水乙酸镁，超声溶解后在室温下静置I天。加入3倍体积比的正庚烷，高速离心析出量子点后，加入体积比例4:1的正庚烷与乙醇混合溶液，溶解后再次离心，烘干，溶入24ml乙醇溶液。旋涂、喷涂或印刷在基片上，在空气中200°C烘烤2小时，得到氧化锌-氧化镁核壳量子点。
[0022]图1中I号谱为实施例1得到样品的原始X射线衍射(XRD)谱，可见衍射峰的半高全宽较宽，表明其晶粒很小。特征峰的位置和强度比例与JCroS卡号36-1451基本一致，分别对应纤锌矿结构氧化锌的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)和(112)晶面，由谢乐公式估算氧化锌核的平均直径为3.8nm。图2为透射电镜照片，可见其粒度均匀、分散性好。图3为光致发光光谱，其紫外发光峰位于370nm附近。
[0023]实施例2
[0024]将实施例1中乙酸锌乙醇溶液和氢氧化锂乙醇溶液的混合搅拌生长时间为15分钟至IJ30小时，可以得到量子点晶粒范围在4-5nm。当生长时间为30小时，得到量子点的XRD衍射谱如图1中2号谱所示。
【主权项】
1.一种氧化锌-氧化镁核壳结构量子点，其特征是，所述量子点的具体制备步骤如下: 第一步，将二水乙酸锌溶于70-75°C的乙醇，一水氢氧化锂溶于0°C的乙醇，混合两者，并在53°C下搅拌； 第二步，随即在混合溶液中直接加入乙酸镁，溶解后在室温下静置，再加入正庚烷，高速离心析出量子点后，加入正庚烷与乙醇混合溶液，离心，烘干； 第三步，再次溶入乙醇溶液后，旋涂、喷涂或印刷在基片上，最后在200°C下烘干得到最终产物。2.如权利要求1所述的氧化锌-氧化镁核壳量子点，其特征是，第一步中二水乙酸锌溶于质量百分比浓度为2.8%的乙醇溶液;一水氢氧化锂溶于质量百分比浓度为0.7%的乙醇溶液。3.如权利要求1所述的氧化锌-氧化镁核壳量子点，其特征是，第一步中搅拌时间为2分钟至30小时。4.如权利要求1所述的氧化锌-氧化镁核壳量子点，其特征是，第二步中静置时间为I天。5.如权利要求1所述的氧化锌-氧化镁核壳量子点，其特征是，制备得到的量子点直径在3_5nm0
【专利摘要】本发明提供了一种简单地合成氧化锌-氧化镁核壳量子点的方法。简要步骤如下：将70-75℃的乙酸锌乙醇溶液与0℃的氢氧化锂乙醇溶液混合，在53℃搅拌保持2分钟至30小时。随即在混合溶液中加入乙酸镁，溶解后在室温下静置1天。再加入3倍体积比的正庚烷，高速离心析出量子点后，加入体积比例4:1的正庚烷与乙醇混合溶液，溶解后再次离心，烘干，再次溶入乙醇溶液后，旋涂、喷涂或印刷在基片上，在200℃下烘干得到最终产物。本发明所采用的方法与现有的氧化锌量子点制备方法相比，具有成本低、工艺简单、不易团聚、紫外发光效率高、可直接应用于紫外发光器件上的优点，是一种优良的纳米紫外发光材料。
【IPC分类】C09K11/55, C09K11/02
【公开号】CN105462577
【申请号】CN201510843889
【发明人】匡文剑, 徐林华, 郑改革, 咸冯林, 张磊, 江凡, 赖敏
【申请人】南京信息工程大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月27日