专利名称：制备用于发光器件的量子点硅酸类薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备用于发光器件(light emitting device)的量子点硅酸类(quantum dot silicate)薄膜的方法，更具体地涉及一种通过将硅烷化合物引入到量子点或用于分散量子点的基质材料的表面，而制备用于发光器件的量子点硅酸类薄膜的方法，该发光器件具有优异机械性能和热稳定性能，该硅烷化合物含有能与量子点相互作用的官能团和至少一种用于溶胶-凝胶操作的反应基团。
背景技术：
量子点是纳米尺寸的具有量子封闭(quantum confinement)效果的半导体材料。当量子点被从激发源发出的光照射而达到各自的能量激发状态时，它们会发出相应于各自的能量带隙的能量。由此，因为对量子点大小的控制可以有效地控制相应的带隙，所以可以得到不同波长区域的能量。
控制量子点生长的技术在未来半导体器件的发展中将会非常重要。MOCVD(有机金属化合物气相淀积)、MBE(分子束外延)和类似技术被认为是适合于控制半导体薄膜厚度以达到单原子层水平的技术，同时，也适合于控制量子点的生长。然而，通过基于晶格失配(lattice mismatch)的气相方法合成的量子点在高结晶度方面具有优势，但是具有难以控制密度和均匀度的缺点。直到目前，已知通过上述技术制造的器件在其商业化方面是不成功的。
在克服通过气相方法以在薄膜表面生长量子点的传统技术的缺点和局限性的努力中，J.Am.Chem.Soc.115，8706-8715(1993)披露了一种使用湿化学技术(wet chemistry technique)合成量子点的方法。通过在配位的有机溶剂中沉积能够生长量子点晶体的前体，大多数湿化学技术能够将量子点的大小控制到几纳米的水平。在量子点晶体生长时，有机溶剂配位到量子点晶体的表面以充当分散剂的作用。在美国专利Nos.6,251,303和6,444,143中披露的配位量子点很容易地分散在大多数有机溶剂中。当与量子点表面配位的有机材料用带电材料置换时，表面置换后的量子点可以分散在水性溶液以及有机溶剂中。因此，能使如此配位的量子点容易进行置换的技术的发展可以使量子点在各种各样的应用中得到利用，如电子电路、聚合物材料、生物分子等。
为了合成表面覆盖有分散剂并在溶液中稳定分散以在各种各样的应用中得到利用的量子点，重要的是用与应用对象相容的材料改性其表面。在EL器件中应用量子点时，量子点与不同种类的导电聚合物混合以显现量子点的发光性能。此时，要求量子点均一地分散在聚合物基体中。为了这个目的，量子点的表面用与聚合物相容的材料覆盖，或者用能够容易在量子点表面覆盖的分子代替聚合物[J.Appl.Phys.，Vol.86，No.8,4390]。
另外，为了在生物系统中应用量子点，重要的是使量子点的表面亲水。为此，量子点可以用化合物链末端含有磺酸盐或醋酸盐离子的化合物覆盖。
然而，通过目前使用的湿化学技术(胶体法)合成的化合物半导体(compound semiconductor)量子点仅限于制造II和VI族化合物半导体。没有进行制造III、IV和V族化合物半导体的研究。
湿化学技术的主要优点是要合成的量子点具有优异的均匀性。通过对合成的量子点离心以进行选择性沉淀、对需使用的前体进行设计或在合成量子点时控制反应的条件可以实现这个优点。然而，通过湿化学技术合成的量子点在大多数器件中进行应用时需要重新组合(reconfiguration)。已知仍没有满意的技术能将几纳米大小的量子点重新组合成为恒定排列的结构。美国专利No.5,751,018披露了通过将二硫醇化合物一端的一个硫原子键接到如金或铝的金属表面，该金属用作在基底上形成单层的基底，并将二硫醇化合物另一端的另一个硫原子键接到化合物半导体量子点的表面以形成量子点单层的方法。二硫醇化合物的硫原子能与金属以共价键结合。还没有开发出能够提高流明效率(luminescence efficiency)的多层量子点。而且，Journal of AppliedPolymer，Vol.86.，No.8(1999)描述了分散在有机聚合物中的量子点，以将该量子点应用到有机EL器件中。然而，这种量子点和有机聚合物的简单混合不能增加量子点的浓度和提高量子点的热稳定性能。因而，由量子点得到的薄膜在各种器件中的应用受到了限制。
发明内容
本发明的特征之一是提供一种高流明效率的量子点薄膜，其中量子点相互之间以特定键接距离(particular bonding distance)间隔，并且通过相互之间所形成的硅氧烷共价键连接形成量子点单膜(single film)，从而提高薄膜中量子点的密度。
本发明的另一特征是提供一种通过将量子点和具有能与量子点相互作用的官能团的硅酸类前体(silicate precursor)混合而制备量子点薄膜的方法，该薄膜能保持单一量子点带隙(band gap ofa single quantum dot)，而量子点不会聚集。
根据本发明的特征，提供了一种制备量子点硅酸类薄膜的方法，该方法包括以下步骤用硅烷化合物取代(displace)半导体量子点的表面，所述硅烷化合物含有膦类、胺类或硫醇基的官能团和至少一种用于溶胶-凝胶操作的反应基团，所述半导体量子点是通过湿化学技术合成的，并具有1～100nm大小；对表面取代的量子点进行溶胶-凝胶操作，接着涂布到基底上，或将表面取代的量子点涂布到基底上后再进行溶胶-凝胶操作；以及对涂布后的基底进行热处理。
根据本发明的其它特征，进一步提供了一种制备量子点硅酸类薄膜的方法，该方法包括以下步骤使硅烷化合物和硅氧烷基的单体进行溶胶-凝胶操作用，以形成硅酸类前体，所述硅烷化合物含有膦类、胺类或硫醇基的官能团和至少一种用于溶胶-凝胶操作的反应基团；将硅酸类前体和通过湿化学技术合成的具有1～100nm大小的半导体量子点混合；将混合物涂布到基底上；对涂布后的基底进行热处理。
从下文给出的详细描述中，本发明的进一步应用范围将会变得明显。然而，在指出本发明的优选实施方式时，应该理解该详细描述和实施例仅仅是作为举例说明而给出，因为对本领域技术人员而言，从详细描述中得出在本发明的精神和范围之内的各种变化和改进将变得很明显。
本发明将从下文给出的详细描述和附图中得到更加全面的理解，该附图仅仅是作为举例说明而给出，因而并不限制本发明，其中
图1是表示用硅烷化合物取代的量子点结构的示意图，该硅烷化合物至少含有一个用于溶胶-凝胶操作的反应基团；图2是表示量子点薄膜结构的示意图，该薄膜中在表面改性的量子点之间形成硅氧烷键；图3是在本发明实施例3中合成的量子点的透射电镜照片(TEM)；图4a和4b分别是在本发明实施例3中合成的量子点的UV吸收光谱和光致发光光谱；图5是表示在本发明实施例3中合成的量子点的TEM-EDS分析结果图；图6是在本发明实施例5中制备的量子点薄膜的光致发光光谱；具体实施方式
本发明将在下文中得到更详细的解释。
本发明的第一个具体实施方式
涉及一种通过使用含有至少一种用于溶胶-凝胶操作的反应基团的硅烷化合物，取代由湿化学技术合成的纳米尺寸的半导体量子点化合物的表面，并使该表面取代的量子点进行溶胶-凝胶操作，制备具有优异机械性能和热稳定性能的量子点薄膜的方法。
本发明的方法将根据各个步骤进行解释。
量子点的合成在本发明中，可以用本技术领域已知的所有技术进行量子点的合成，因此不限于下面描述的操作。
为了通过湿化学技术合成胶体状态的纳米尺寸的量子点，使用了能稳定分散量子点的溶剂。本发明中使用的溶剂必须能配位到量子点的表面，而且具有一定程度的体容度(bulkiess)，该体容度能控制量子点晶体生长速度。另外，该溶剂必须能在晶体生长的温度下稳定，并且能在与量子点配位的状态下分散胶粒(colloidal particle)。烷基膦、烷基膦氧化物、烷基胺等可以用作溶剂。优选地，可以单独使用膦、膦氧化物或高沸点的长链烷基胺(bulky alkylamine)或作为溶剂结合使用，该长链烷基胺含有约8～16碳原子的烷基。
该溶剂在空气中相对稳定，但在高温下可以被氧化。因此，反应是在惰性气氛下进行，如氮气或氩气。如果需要可以加压。
反应是在合适的大气压力和温度的反应条件下在溶剂中进行的。优选地，反应温度分布很窄。反应温度取决于晶体的生长速度，并且根据需合成的材料而变化。反应温度通常为25～500℃，并优选25～350℃。在反应温度维持恒定时加入量子点的前体(precursor)。此时，重要的是控制加入速度，使得同时引入前体。用本技术领域已知的方法制备量子点前体。例如，量子点前体可以通过将金属前体和硫属元素化物前体(chalcogenide precursor)分别加入并使混合物反应的方法进行制备[J.Am.Chem.Soc.115，8706-8715(1993)]。另外，量子点前体可以通过使单一前体热解而进行制备[J．Mater.Chem.，9，2433-2437(1999)]。在这个方案中，能易于分散前体的材料被用作溶剂。溶剂也应具有低粘度、足以控制前体溶液的加入速度，并在反应过程中保持稳定。溶剂的具体例子包括吡啶、烷基胺、烷基膦等。反应器中必须装有前体加入后用于将其快速分散在反应器中的搅拌器，和用于排出在反应过程中产生的气体的排气孔。混合物保持到预定的时间以使量子点以晶体形式生长后，完成反应。可供选择地，就以核-壳形式合成量子点而言，进一步添加无机前体以包覆核表面。当加入用于构成壳的前体时，该前体必须在低于一定浓度下缓慢引入，以使其沉积到核表面而不形成另外的核。
然后突然冷却反应温度以淬灭量子点晶体的生长。为此，进一步加入具有相对低沸点的有机溶剂。由于有机溶剂通过蒸发吸收热量，晶体的生长可以被淬灭。因此，对有机溶剂加入量的控制可以使反应温度降低到可以淬灭晶体生长的温度。
由于如此合成的量子点是以胶体状分散在溶剂中，它们可以通过离心从溶剂中分离出来。在这个步骤，通过选择性沉淀可以实现量子点的窄尺寸分布，从而提高量子点的均匀度。选择性沉淀指的是一种分离方法，在该方法中，在离心过程中一种对覆盖在量子点表面的材料具有高度亲合性的溶剂和另一种具有低亲合性的溶剂以一定比例形成的混合物能控制量子点的沉淀速度，从而分离具有恒定尺寸分布(constant size distribution)的量子点。因为通过离心分离的量子点表面覆盖有有机材料，量子点易于分散在大多数有机溶剂中。
量子点可以有不同的形状，如球形、棒形、星形等，形状取决于反应条件，量子点的形状和晶体表面可以使用高分辨率透射电镜(HRTEM)测定。
近来，一些新的文献报道了用湿化学技术合成的具有发射可见光能力的纳米尺寸的颗粒，包括例如硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)和碲化锌(ZnTe)，和具有发射红外范围光线能力的颗粒，例如包括碲化汞(HgTe)。
量子点表面的取代如此合成的量子点表面用硅烷化合物进行改性，该硅烷化合物含有膦类、胺类或胺基的官能团和至少一种用于溶胶-凝胶操作的反应基团。
硅烷化合物优选用下面式1表示[式1]L-(B)n-SiRmX3-m其中L是硫醇基团、具有1～5个碳原子的二烷基氧膦基或具有1～5个碳原子的二烷基胺基团；B是亚甲基或硅氧(-Si-O-)基；n是1到50的整数；X是卤素原子或含有1～10个碳原子的烷氧基；R是含有1～10个碳原子的烷基；m是0～2的整数。
式1中限定的L起到能与量子点表面进行键接的官能团的作用，X指的是用于溶胶-凝胶操作的反应基团，B是通过由后续的溶胶-凝胶操作而在量子点之间形成硅氧烷键，起到桥连部分作用以维持恒定的距离。用硅烷化合物取代的量子点的结构在图1中简要表示。
硅烷化合物的具体例子包括，但并不限于巯基甲基甲基二甲氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、2-二苯基膦基乙基三乙氧基硅烷(diphenylphosphinoethyltriethoxysilane)、二苯基膦基乙基二甲基乙氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-氨基丙基二甲基乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丁基三甲氧基硅烷、3-(间-氨基苯氧基)丙基三甲氧基硅烷、正-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷等。
通过将量子点分散在含高浓度硅烷化合物的溶液中，接着在25～200℃，优选25～100℃下进行回流和离心，进行用硅烷化合物对量子点表面的取代。通过重复该步骤，覆盖在量子点表面的材料被除去，量子点被硅烷化合物所取代。当覆盖材料与量子点表面紧密配位以致于难以用硅烷化合物取代时，其表面先用具有低沸点的吡啶进行改性。接下来，吡啶在真空下蒸发。然后，将表面改性的量子点分散在含硅烷化合物的溶液中，随后进行几次回流和离心处理。
量子点薄膜的制备由于用于溶胶-凝胶操作的反应基团分布在量子点的末端，在酸性或碱性条件下可以通过溶胶-凝胶操作在量子点之间形成硅氧烷键。
为了制备量子点薄膜，量子点分散在能进行溶胶-凝胶操作的溶剂中。酸或碱催化剂加入到分散液中以进行溶胶-凝胶操作。当反应混合物具有升高的黏度时，将其涂布到基底上。最后，对涂布后的基底进行热处理以制备量子点薄膜。可供选择地，在用于溶胶-凝胶操作的反应基团已配位到量子点，量子点涂布到基底后，它们可以通过用酸或碱处理在基底上进行溶胶-凝胶操作，并进行热处理以制备量子点薄膜。
如此制备的量子点薄膜的结构如图2所示。
本发明的第二个实施方式涉及用于制备量子点硅酸类薄膜的方法，该方法将由湿化学技术合成的量子点分散在与量子点相容的硅酸类前体中，并将分散液涂布到基底上。量子点的合成如上所述。后续的步骤将描述如下硅酸类前体的制备作为硅酸类前体，使用硅氧烷树脂，其重均分子量约为1000～100000，优选为1000～10000。硅酸类前体是通过将含有膦类、胺类或硫醇基的官能团和至少一个用于溶胶-凝胶操作的反应基团的硅烷化合物，和硅氧烷基单体在酸性或碱性条件下进行溶胶-凝胶操作而得到。硅烷化合物和硅氧烷基单体的摩尔比例优选为99∶1～1∶99。
作为硅氧烷基单体，可以单独或结合使用环状结构或笼形结构的硅氧烷单体。如有必要，硅烷化合物可以作为单体加入到溶胶-凝胶操作中。
环状结构的硅氧烷单体是一种相邻硅原子通过一个氧原子连接起来的化合物，以下面式2表示[式2] 其中R是氢原子、含有1～3个碳原子的烷基、含有3～10个碳原子的环烷基或含有6～15个碳原子的芳基；X1、X2和X3各自独立地为1～3个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基或卤素原子，条件是X1、X2和X3中至少有一个是可以水解的；p是3到8的整数；和m是0到10的整数。
环状结构的硅氧烷单体可以在金属催化剂的存在下通过氢化硅烷化制备得到，但并不局限于此。
笼形结构的硅氧烷单体包括相邻硅原子通过一个氧原子桥连起来的化合物，以下面式3～5表示[式3] [式4] [式5] 其中X1、X2和X3各自独立地为1～3个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基或卤素原子，条件是X1、X2和X3中至少有一个是可以水解的；n是0到10的整数。
笼形结构的硅氧烷单体可以在金属催化剂的存在下通过氢化硅烷化制备得到，但并不特别局限于此。
硅烷化合物包括那些由下面式6～8表示的化合物[式6]SiX1X2X3X4[式7]R1SiX1X2X3[式8]R1R2SiX1X2其中R1和R2各自独立地为氢原子、1～3个碳原子的烷基、3～10个碳原子的环烷氧基或6～15个碳原子的芳基；X1、X2、X3和X4各自独立地为1～10个碳原子的烷氧基或卤素原子。
用于制备基体单体而在缩合中使用的酸催化剂的例子包括盐酸、苯磺酸、草酸、甲酸及其混合物，但并不限于此。碱催化剂的例子包括氢氧化钾、氢氧化钠、三乙胺、碳酸氢钠、吡啶及其混合物，但并不局限于此。催化剂与单体的摩尔比例在1∶0.000001～1∶10的范围之内。
相对于单体中存在的反应基团，在水解和缩合过程中使用的水的当量为1.0～100.0，优选为1.0～10.0。反应温度的为0～200℃，优选为50～110℃，反应时间优选为1～100小时，更优选为5～24小时。
量子点薄膜的制备将硅酸类前体和量子点混合，涂布到基底上，进行热处理以制备本发明的量子点硅酸类薄膜。硅酸类前体和量子点以99∶1～50∶50的重量比混合。
在其上制备量子点薄膜的基底的例子包括玻璃、石英、硅(Si)片、涂覆二氧化硅的基底和涂覆氧化铝的基底等。
混合物的涂布可以利用通常使用的涂布方法，如滴落铸膜(dropcasting)、旋涂、浸涂、喷涂、流涂(flow coating)、丝网印刷等，但并不限于这些方法。优选使用滴落铸膜和旋涂。在使用溶剂涂布混合物的情况下，涂布后蒸发溶剂以在基底上沉积混合的组合物膜。为了从基底上蒸发溶剂，含溶剂的基底暴露在外界环境中(简单的空气干燥)；在下面讨论的固化工艺的起始步骤，真空条件下进行干燥；或缓和加热到100℃或更低。
此后，如此制备的薄膜通过加热到150℃～600℃，优选200℃～450℃，保持一段特定的时间以形成不溶性无裂缝的膜。加热可以在惰性环境或真空下进行。固化进行100小时或更少，优选30分钟～24小时。在此使用的术语“无裂缝的膜”指在光学显微镜(×1,000)下观察不到裂缝的膜。不溶性膜指基本上不溶于用于沉淀薄膜的溶剂中或不溶于常用于溶解树脂的溶剂中的薄膜。
通过参考下面的实施例，本发明将会得到更详细的描述。然而，提供的这些实施例仅仅是为了举例说明的目的，而不能解释为对本发明范围的限制。
实施例1发射黄光的硫化镉量子点的合成将作为溶剂的2.5毫升三辛基胺加入到25毫升的装有回流冷凝器的烧瓶中，在搅拌下将烧瓶的温度调整到180℃。将50毫克二硫代二乙基氨基甲酸镉(cadmium dithio diethyl carbamate)在0.9毫升三辛基膦中的溶液快速注入到烧瓶中。10分钟后，逐滴缓慢加入20毫克二硫代二乙基氨基甲酸锌在0.3毫升三辛基膦中的溶液。在加完二硫代二乙基氨基甲酸锌5分钟后，冷却反应器的温度并加入乙醇以淬灭反应。通过离心从获得的混合物中得到量子点，并将其分散在甲苯中。光致发光光谱证实该化合物半导体量子点在536nm发射光线。
实施例2发射蓝光的硫化镉量子点的合成除了氨基甲酸镉在三辛基膦中的溶液快速注入后，反应维持约7分钟以外，以在实施例1中同样的方式进行本操作。通过离心从获得的混合物中得到量子点，并将其分散在甲苯中。光致发光光谱证实该化合物半导体量子点在470nm发射蓝光。
实施例3用烷氧基硅烷化合物取代量子点表面将3-巯基丙基三甲氧基硅烷加入到在实施例1中合成的硫化镉量子点溶液中，直到浓度达到5mM。将获得的混合物在70℃下搅拌回流24小时。将混合物离心以除去从量子点表面分离出来的分散剂。将分离的量子点分散在甲苯中，然后在其中加入3-巯基丙基三甲氧基硅烷，直到其浓度达到5mM。将混合物在搅拌下回流24小时。重复几次该步骤以制备表面用巯基丙基甲氧基硅烷取代的量子点。离心分离后，表面取代的量子点分散于丁醇中用于稳定贮存。高分辨率透射电镜(HRTEM)显示，存在直径为3nm的量子点，如图3所示。
图4a和4b分别表示量子点溶液的UV吸收光谱和光致发光光谱。观察到的UV吸收约在398nm(图4a)，观察到的光致发光光谱约在536nm(图4b)。这些波长区域与未用3-巯基丙基三甲氧基硅烷置换的量子点中观察到的那些波长区域相吻合。
图5表示的是量子点的TEM-EDS(透射电镜-能量分散X射线分光计)分析结果图。由图5可见，在量子点的表面存在硅原子，这表明3-巯基丙基三甲氧基硅烷分布在量子点的表面。
实施例4发射黄光的量子点硅酸类薄膜的制备将在实施例3中合成的量子点进行滴落铸膜操作以在基底上涂布量子点。首先，将量子点在70℃和pH8下进行溶胶-凝胶操作1小时，以在分散于丁醇中的量子点之间引发缩合，然后滴落铸膜在玻璃基底上。接着，基底在空气中干燥24小时，并在250℃下热处理1小时以完成溶胶-凝胶操作，从而制备量子点硅酸类薄膜。
薄膜的光致发光光谱显示在559nm处观察到尖锐的PL峰。这证实很好地保持了溶液中的量子点发光波长。
实施例5发射蓝光的量子点硅酸类薄膜的制备为了制备能分散量子点的硅酸类前体，室温下在50毫升的反应器中将作为单体的1克2，4，6，8-四甲基-2，4，6，8-四(三甲氧基甲硅烷基乙基)环四硅氧烷和4克3-巯基丙基三甲氧基硅烷溶于7.5毫升丁醇中。将反应器中的温度冷却到0℃，并将2.64克水和0.25克0.01M的盐酸缓慢加入到反应器中。然后，将反应器的温度上升到90℃，使混合物反应1.5小时以制备硅氧烷共聚物，将硅氧烷共聚物在室温下真空干燥30分钟以制备粘稠的硅酸类前体。如此制备的硅酸类前体和在实施例2中合成的蓝色量子点加入到溶剂中，以使量子点的含量达到总固体含量的15重量％。将量子点溶液进行滴落铸膜操作以将量子点涂布到基底上。涂布的基底在空气中干燥72小时，并在250℃下热处理1小时以完成溶胶-凝胶操作，从而制备量子点硅酸类薄膜。图6是量子点薄膜的光致发光光谱。薄膜的光致发光光谱显示在440nm处观察到尖锐的峰，表明很好地保持了溶液中的量子点发光波长。
尽管为了举例说明的目的公开了本发明的优选具体实施方式
，但在不背离附属的权利要求所限定的本发明的精神和范围下，本技术领域熟练人员会意识到对其进行各种改进、增添和替代是可能的。
权利要求
1.一种制备量子点硅酸类薄膜的方法，包括以下步骤用硅烷化合物取代半导体量子点的表面，所述硅烷化合物含有膦类、胺类或硫醇基的官能团和至少一种用于接下来的溶胶-凝胶操作的反应基团，所述半导体量子点是通过湿化学技术合成的，并具有1～100nm大小；使表面取代的量子点进行溶胶-凝胶操作，接着涂布到基底上，或将表面取代的量子点涂布到基底上后再进行溶胶-凝胶操作；以及对涂布后的基底进行热处理。
2.根据权利要求1所述的制备量子点硅酸类薄膜的方法，其中所述量子点由选自以下的材料制成硒化镉(CdSe)、硫化镉(CdS)、碲化镉(CdTe)、硒化锌(ZnSe)、硫化锌(ZnS)、碲化锌(ZnTe)、碲化汞(HgTe)及其混合物。
3.根据权利要求1所述的制备量子点硅酸类薄膜的方法，其中所述硅烷化合物由下面式1表示，该硅烷化合物含有膦类、胺类或硫醇基的官能团和至少一种用于溶胶-凝胶操作的反应基团[式1]L-(B)n-SiRmX3-m其中L是硫醇基团、具有1～5个碳原子的二烷基氧膦基或具有1～5个碳原子的二烷基胺基团；B是亚甲基或硅氧(-Si-O-)基；n是1到50的整数；X是卤素原子或含有1～10个碳原子的烷氧基；R是具有1～10个碳原子的烷基；m是0～2的整数。
4.根据权利要求3所述的制备量子点硅酸类薄膜的方法，其中所述硅烷化合物是至少一种选自下面的化合物巯基甲基甲基二甲氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、2-二苯基膦基乙基三乙氧基硅烷、二苯基膦基乙基二甲基乙氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-氨基丙基二甲基乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丁基三甲氧基硅烷、3-(间-氨基苯氧基)丙基三甲氧基硅烷、和正-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的制备量子点硅酸类薄膜的方法，其中所述在其上制备量子点薄膜的基底为玻璃、石英、硅(Si)片、涂覆二氧化硅的基底或涂覆氧化铝的基底。
6.根据权利要求1所述的制备量子点硅酸类薄膜的方法，其中所述将量子点涂布到基底上是通过滴落铸膜、旋涂、浸涂、喷涂、流涂或丝网印刷进行的。
7.根据权利要求1所述的制备量子点硅酸类薄膜的方法，其中所述溶胶-凝胶操作包括在催化剂存在下水解和缩合，所述催化剂与单体的摩尔比例为1∶0.000001～1∶10，水的当量相对于单体中存在的反应基团为1.0～100.0，反应温度为0～200℃，反应时间为1～100小时。
8.一种制备量子点硅酸类薄膜的方法，包括以下步骤使硅烷化合物和硅氧烷基的单体进行溶胶-凝胶操作，以形成硅酸类前体，所述硅烷化合物含有膦类、胺类或硫醇基的官能团和至少一种用于溶胶-凝胶操作的反应基团；将硅酸类前体和通过湿化学技术合成的具有1～100nm大小的半导体量子点混合；将混合物涂布到基底上；对涂布后的基底进行热处理。
9.根据权利要求8所述的制备量子点硅酸类薄膜的方法，其中所述量子点由选自以下的材料制成硒化镉(CdSe)、硫化镉(CdS)、碲化镉(CdTe)、硒化锌(ZnSe)、硫化锌(ZnS)、碲化锌(ZnTe)、碲化汞(HgTe)及其混合物。
10.根据权利要求8所述的制备量子点硅酸类薄膜的方法，其中所述硅烷化合物由下面式1表示，该硅烷化合物含有膦类、胺类或硫醇基的官能团和至少一种用于溶胶-凝胶操作的反应基团[式1]L-(B)n-SiRmX3-m其中L是硫醇基团、具有1～5个碳原子的二烷基氧膦基或具有1～5个碳原子的二烷基胺基团；B是亚甲基或硅氧(-Si-O-)基；n是1到50的整数；X是卤素原子或具有1～10个碳原子的烷氧基；R是具有1～10个碳原子的烷基；m是0～2的整数。
11.根据权利要求10所述的制备量子点硅酸类薄膜的方法，其中所述硅烷化合物是至少一种选自下面的化合物巯基甲基甲基二甲氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、2-二苯基膦基乙基三乙氧基硅烷、二苯基膦基乙基二甲基乙氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-氨基丙基二甲基乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丁基三甲氧基硅烷、3-(间-氨基苯氧基)丙基三甲氧基硅烷、和正-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷。
12.根据权利要求8所述的制备量子点硅酸类薄膜的方法，其中所述在其上制备量子点薄膜的基底为玻璃、石英、硅(Si)片、涂覆二氧化硅的基底或涂覆氧化铝的基底。
13.根据权利要求8所述的制备量子点硅酸类薄膜的方法，其中所述将量子点涂布到基底上是通过滴落铸膜、旋涂、浸涂、喷涂、流涂或丝网印刷进行的。
14.根据权利要求8所述的制备量子点硅酸类薄膜的方法，其中所述溶胶-凝胶的操作包括在催化剂存在下水解和缩合，所述催化剂与单体的摩尔比例为1∶0.000001～1∶10，水的当量相对于单体中存在的反应基团为1.0～100.0，反应温度为0～200℃，反应时间为1～100小时。
15.根据权利要求8所述的制备量子点硅酸类薄膜的方法，其中所述硅氧烷基的单体是用下面式2表示的环状结构的硅氧烷单体[式2] 其中R是氢原子、具有1～3个碳原子的烷基、具有3～10个碳原子的环烷基或具有6～15个碳原子的芳基；X1、X2和X3各自独立地为具有1～3个碳原子的烷基、具有1～10个碳原子的烷氧基或卤素原子，条件是X1、X2和X3中至少有一个是可以水解的；p是3到8的整数；和m是0到10的整数，或由下面式3～5表示的笼形结构的硅氧烷单体[式3] [式4] [式5] 其中X1、X2和X3各自独立地为具有1～3个碳原子的烷基、具有1～10个碳原子的烷氧基或卤素原子，条件是X1、X2和X3中至少有一个是可以水解的；n是0到10的整数，和如有必要，将下面式6～8表示的硅烷化合物添加到所述硅氧烷基的单体中[式6]SiX1X2X3X4[式7]R1SiX1X2X3[式8]R1R2SiX1X2其中R1和R2各自独立地为氢原子、具有1～3个碳原子的烷基、具有3～10个碳原子的环烷基或具有6～15个碳原子的芳基；X1、X2、X3和X4各自独立地为具有1～10个碳原子的烷氧基或卤素原子。
16.根据权利要求8所述的制备量子点硅酸类薄膜的方法，其中所述硅烷化合物和硅氧烷基的单体以99∶1～1∶99的摩尔比例反应。
17.根据权利要求8所述的制备量子点硅酸类薄膜的方法，其中所述硅酸类前体和量子点以99∶1～50∶50的重量比例混合。
18.一种根据权利要求1的方法制备的量子点硅酸类薄膜。
19.一种根据权利要求8的方法制备的量子点硅酸类薄膜。
全文摘要
一种制备用于发光器件的量子点硅酸类薄膜的方法。量子点硅酸类薄膜的制备是通过将含有能与量子点相互作用的官能团和至少一种用于溶胶－凝胶操作的反应基团的化合物，引入到量子点或用于分散量子点的基质材料的表面而实现的，从而表现出优异的机械性能和热稳定性能。
文档编号H01S5/00GK1577906SQ200410062068
公开日2005年2月9日 申请日期2004年6月28日 优先权日2003年6月27日
发明者林珍亨, 张银珠, 安泰琼 申请人:三星电子株式会社