[发明专利]一种发射红光的核壳量子点及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种发射红光的核壳量子点。本发明还涉及该发射红光的核壳量子点的合成方法。

背景技术

半导体纳米材料由于具有尺寸和形态相关的物理及化学性质，是一类具有广泛应用前景的新型功能材料。量子点由于具有宽的激发光谱和对称的发射光谱，较高的荧光强度和良好的光稳定性，在短波长方向有宽带吸收等优点，作为一种新型光电材料在太阳能电池、显示器、激光、生物成像和固体照明等领域显示良好应用前景。量子点依结构区分为基本量子点、核壳量子点和掺杂量子点等；其中核壳量子点在早期研究中是以宽带材料包壳基本量子点，目的是消除核量子点的表面缺陷态，提高荧光量子产率。近期的核壳量子点研究中采用了能级位置与核材料具有重叠特征的壳材料。这种核壳结构量子点可通过壳层厚度的改变，使壳能级与核能级相对位置连续性地移动，得到具有可调性的能级结构(典型的是Ⅱ型量子点能级结构)。由此建立了一类新的量子点能级构造方法。量子点掺杂是另一种常用的量子点能级构造方法。掺杂方法通过在基本量子点中引入少量掺杂原子，在基本量子点材料的能量带隙空间内产生了附加的能级，对应地就得到新的发射波长。将掺杂能级构造方法与包壳能级构造方法两者相结合，可得到新的量子点能级结构和设计出新的材料结构。

固体照明是人类社会发展的最新一代绿色照明技术。固体照明具有能量效率高、光学品质优良、器件寿命长等优点，受到各国的高度重视，并取得快速发展。当前商业化的固体照明——白光LED(WLED)技术主要是蓝光转换型技术，即以蓝光LED芯片（AlGaInN和GaInN芯片）为激发光源，激发YAG∶Ce黄色荧光粉产生黄光，黄光与芯片的剩余蓝光复合得到白光。由于光谱中红光成分不足，现有产品的显色指较低(Ra＜80)。目前试验研究的转换型WLED中使用的红光荧光材料都存在明显不足（张中太，无机光致发光材料及应用[M]，北京：化学工业出版社，2011：180-208）。例如硫化物类红光荧光粉材料，对空气中水份极敏感，材料制备、储存、封装等操作条件苛刻，器件使用稳定性差。氮化物荧光材料性能良好，但氮化物材料合成成本极高，难以规模化应用。新开发的稀土类红色荧光材料，如钨钼酸盐基材料，其激发波长与蓝光LED芯片的发射波长配合性不理想，激发效率偏低。性能良好的红色荧光粉，是当前固体照明技术中急切需要的一种材料。理论研究表明(Erdem T， Nizamoglu S， Sun X W， Optics Express， 2010， 18(1): 340-347），与YAG∶Ce荧光粉相匹配的蓝光LED芯片转换型WLED所要求的红光荧光粉材料的性能指标为激发峰波长460-470nm， 发射峰波长610-650 nm，具有较高量子产率。当前试验研究的非量子点类荧光材料难以较好地满足这些性能要求。

量子点材料用于蓝光LED芯片转换型WLED技术是量子点应用技术的主要发展方向之一。当前主要研究的是二元ⅡⅥ族核壳量子点，如CdSe/CdS、CdTe/CdSe/ZnS；和三元核壳量子点，以及掺杂量子点。这些量子点材料虽然取得了较好的光学性能，但仍有不足。主要表现在：二元ⅡⅥ族核壳量子点的发射峰波长与吸收峰波长差 (Stokes位移) 较小，存在重复吸收问题，使白光的发射效率降低；三元和掺杂类型红光发射量子点的吸收曲线多数没有典型特征吸收峰，少数有特征吸收峰时第一激子吸收峰波长低于450nm，这些都使蓝光芯片的激发效率降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合用做蓝光芯片转换型固体照明器件的发射红光的核壳量子点及其合成方法。

本发明提供的是一种核壳结构量子点，其特征是以硒化镉包壳铜铟共掺杂硒化镉核量子点，化学结构式为(Cu， In)∶CdSe/CdSe；其中核壳量子点的核量子点的掺杂剂摩尔量数值比n_Cu/n_In 为0.80-1.20和(n_Cu+n_In)/n_Cd为0.02-0.08。

优选的，核量子点的掺杂剂摩尔量比值n_Cu/n_In 为0.90-1.10和 (n_Cu+n_In)/n_Cd为0.03-0.06。

本发明提供的核壳量子点第一激子吸收峰波长位于450-475nm，发射峰波长位于610-660 nm。