[发明专利]一种大分子单体修饰的量子点、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米荧光材料、制备方法及其应用，特别涉及一种大分子单体修饰的量子点、制备方法及其应用。

背景技术

量子点(quantum dots，QDs)，也称做半导体纳米晶体(nanocrystals，NCs)，其直径介于1～12nm之间，通常是一种由II-VI族或III-V族元素组成的半导体纳米颗粒。量子点由于其平均粒径较小、表面原子多、比表面积大、表面能高，而具备一些特殊的物理效应，如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，并表现出优良的光学和电学性能。量子点在光电设备、太阳能电池、传感器及生物标记等领域具有广泛的应用前景，因而受到众多科研工作者的青睐，特别是II-VI族半导体纳米晶，其合成方法最成熟，理论研究和应用研究也最深入。量子点的制备方法有很多，可分为固相法、气相法和液相法。其中，液相法是运用最多的方法。液相法主要有有机相合成法，水相合成法以及界面合成法。这些合成方法一般是采用巯基乙酸，巯基乙醇，巯基丙醇，三正辛基膦，三正辛基氧膦等小分子单体作为配体，这些小分子单体包覆在半导体材料的表面，能够稳定纳米粒子，阻止其团簇。

催化链转移聚合是利用钴II肟氟化硼络合物(CoBF)作为催化链转移剂的一种自由基聚合方法。该方法可获得末端含不饱和键的分子量较低的大分子单体，其具有活性较强的端基双键，可以与烯烃类单体通过断裂-加成机理进一步聚合制备嵌段聚合物，此嵌段共聚物依然保留端基双键并维持在较低的分子量。

目前，制约量子点应用与发展的一大难题是其与有机材料杂化过程中容易发生相分离现象，这是无机材料与有机材料的结构差异性导致的。所以，寻找一种简单高效的方法来降低无机纳米晶体与有机材料的边界效应，使这两种材料有效结合，已成为该领域的一大挑战。而用大分子单体代替小分子配体来修饰量子点不失为一种有效的解决方法。因为大分子单体能够赋予无机纳米粒子表面柔性的高分子链，从而有效减缓无机量子点材料与有机材料间的结构差异，可以大大提高了无机/有机杂化材料的稳定性，拓宽量子点的应用前景。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题与不足，提供一种大分子单体修饰的荧光量子点，此类量子点以催化链转移聚合制备的大分子单体为配体，具有较窄的荧光发射光谱，发光效率高，稳定性好，可以有效地与有机材料杂化，克服杂化过程中的相分离现象。

本发明的另一目的是提供该大分子单体修饰的荧光量子点的制备方法，该方法是基于微波辅助法合成水相量子点的方法，荧光量子点的粒径大小以及荧光发射可以随着微波合成的时间变化而精确可调。

本发明的再一目的是提供该大分子修饰的荧光量子点的应用，同时提供用所制备的大分子修饰的荧光量子点制造发光器件的方法，所制造的发光器件可以发出明亮的多彩以及白色照明颜色。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的大分子单体修饰的荧光量子点，其粒径为2～20nm，水溶性，量子产率为20～95％，光致发光谱的半峰宽为20～80nm，所述的荧光量子点为Zn_xCd_1-xS、Zn_xCd_1-xTe、Zn_xCd_1-xSe中的一种，其中0≤x≤1；或者所述的荧光量子点为CdTe/CdS、CdTe/ZnS、CdS/ZnS、CdTe/CdSe、CdTe/CdS/ZnS、CdTe/CdS/CdS、CdS/CdTe/CdS、CdTe/CdS/ZnS、CdTe/CdSe/CdTe或CdTe/CdSe/ZnS量子点；所述的大分子单体作为配体为聚甲基丙烯酸(PMAA)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)、聚甲基丙烯酸羟丙酯(PHPMA)或聚甲基丙烯酸-b-聚丙烯酸丁酯(PMAA-b-PBA)嵌段共聚物中的一种，大分子单体与金属离子的摩尔比为0.5∶1～5∶1。

本发明的大分子单体修饰的荧光量子点，其进一步的技术方案是所述的荧光量子点为CdTe、CdS、CdTe/CdS或CdTe/ZnS量子点；所述的大分子单体为聚甲基丙烯酸(PMAA)或聚甲基丙烯酸-b-聚丙烯酸丁酯(PMAA-b-PBA)嵌段共聚物；所述的大分子单体是水溶性的，分子量为1500～3000。

本发明的大分子单体修饰的荧光量子点的制备方法，其包括以下步骤：