專利名稱：多功能納米晶體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全無4幾的多功能納米晶體，例如，雙功能的納米 晶體，尤其是全無機雙功能的納米晶體。
背景技術(shù)：
納米復(fù)合材料與更受限制的單 一成份配對物相反提供提高 功能性和多功能性質(zhì)的可能性。納米復(fù)合材料的 一 個例子是無才幾 的核心-外殼結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體組成核心和外殼的情況下，芯/殼型 主題已經(jīng)允許增強的光致發(fā)光、改善對光化學(xué)氧4匕作用的穩(wěn)、定 性、增強的可加工性和工程能帶結(jié)構(gòu)。在金屬已并入核心-外殼 結(jié)構(gòu)的情況下，貴金屬已^皮加深對-磁性金屬核心的影響，反之亦 然，舉例來說，與個別成份的性質(zhì)相比較引起磁性能、光學(xué)性質(zhì) 和化學(xué)性質(zhì)的改變。雖然提高或修正起因于核心-外殼結(jié)構(gòu)的性 質(zhì)的例子變得越來越普通， <旦是真正多功能4亍為的例i正仍然是罕 見的。舉例來說，用染料浸漬過的硅石外殼包覆的氧化鐵核心在 呈現(xiàn)有機顏料的發(fā)冷光光學(xué)性質(zhì)的同時保留核心的^F茲性能。

發(fā)明內(nèi)容
依照在此具體表達(dá)和泛泛描述的本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供 一種由諸如磁性材料或無機半導(dǎo)體之類的材料的核心和"t者如f茲 性材料或無機半導(dǎo)體的材料的外殼組成的有多功能性質(zhì)的復(fù)合 納米粒子，核心和外殼有不同材沖牛，而且這樣的多功能性質(zhì)包括 來自磁性材料的磁性能和來自無機半導(dǎo)體材料的光學(xué)的性質(zhì)。
本發(fā)明進一 步提供形成這樣的復(fù)合納米粒子的程序。
本發(fā)明更進一步專注于這才羊的復(fù)合納米粒子的用途或應(yīng)用，
包括各種應(yīng)用，例如通過利用復(fù)合納米晶體的多功能性質(zhì)(例 如，與磁性采集標(biāo)簽耦合的光學(xué)信息基檢測功能)改善生物分子 的檢測/表征，在這種情況下通過改變納米晶體表面特性調(diào)節(jié)磁性 成份的鎖閉溫度的能力將在應(yīng)用中通過允許精確溫度控制能用 來控制復(fù)合納米晶體標(biāo)注的生物分子的分散性的從鐵》茲性到超 順i茲性的相變j 武予附加的靈活性；改良資產(chǎn)標(biāo)簽；改善自4t電子 注射器的自旋極化電子和空穴的來源；以及，f茲場調(diào)制發(fā)射器的 成份。
附圖i兌明


圖1 (a)依照本發(fā)明展示芯/殼型納米復(fù)合材料的第 一 實施方
案；
圖l(b)依照本發(fā)明展示芯/殼型納米復(fù)合材料的第二實施方
案；
圖l(c)依照本發(fā)明展示有隔離層的芯/殼型納米復(fù)合材料的 實施方案；
圖1 (d)依照本發(fā)明展示有隔離層的芯/殼型納米復(fù)合材料的 另一個實施方案。
圖2(a)展示Co芯/CdSe殼納米復(fù)合材料的透射電子顯微像 (TEM)圖像的數(shù)字表達(dá)；
圖2(b)展示復(fù)合納米晶體的高分辯TEM圖像的數(shù)字表達(dá)， 揭示這個外殼的多晶特性。
圖3展示Co納米晶體和Co芯/CdSe殼納米晶體的XRD圖， 與用于￡ -Co和纖維鋅礦CdSe的計算圖相比較。
圖4(a)展示磁場冷卻的(空心圓)和零f茲場冷卻的(實心圓)Co 納米晶體和Co芯/CdS殼納米晶體的磁化對溫度的依從關(guān)系(痕 跡在鎖閉溫度相交，/人超順^茲到《失》茲行為的轉(zhuǎn)變)；
圖4(b)展示同一樣品的^茲化對》茲場的依乂人關(guān)系。
圖5(a)展示Co芯/CdSe殼納米復(fù)合材料的紫外線吸收和光致 發(fā)光(PL)頻譜；
圖5(b)展示在減去與Co芯/CdSe殼納米晶體同時合成的小^f分 額(在TEM研究中作為次要樣品成份觀察的)的CdSe納米晶體的 緩慢PL動力學(xué)的貢獻之后在20K獲得的CdSe納米晶體(細(xì)線) 和Co芯/CdSe殼納米晶體(點線)的規(guī)范化PL動力學(xué)。直線是指 數(shù)擬合，時間常數(shù)為0.7納秒(ns)。
具體實施方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多功能納米復(fù)合材料或多功能納米晶體，例如， 雙功能的納米晶體，尤其是全無機的雙功能納米晶體。具體地說，
本發(fā)明涉及既有磁性又發(fā)冷光的納米晶體。本發(fā)明的多功能納米 復(fù)合材料或多功能納米晶體可能由于，例如，磁性能和光學(xué)性質(zhì) 的組合在生物學(xué)等方面的應(yīng)用中作為標(biāo)記或標(biāo)簽特別有用。
本發(fā)明提供一種全無機的多功能納米復(fù)合材料。在圖l(a)所 示的一個實施方案中，這樣的多功能納米復(fù)合材料10包括^茲性 才才泮+核心12(例如，Co)和無機半導(dǎo)體外殼14(例如，CdSe)。這種 類型的結(jié)構(gòu)(即，Co芯和CdSe殼)是全無才幾雙功能納米4立子的例 子，這樣的芯/殼組合在單一的全無4凡量子點之內(nèi)擁有^茲性禾口發(fā)冷 光雙重性質(zhì)。在圖l(b)所示的另一個實施方案中，這樣的多功能 的納米復(fù)合材料20包括無機半導(dǎo)體核心22(例如，CdSe)和》茲性 材泮+外殼24(例如，Co)。這種類型的結(jié)構(gòu)(即，CdSe芯和Co殼) 是在單一的全無才幾量子點之內(nèi)擁有f茲性和發(fā)冷光雙重性質(zhì)的全 無才幾雙功能納米粒子的另一個例子。本發(fā)明進一步提供適合自族: 電子學(xué)應(yīng)用的自S走才及化電子和空穴的新的有效來源。本發(fā)明更進 一步提供場調(diào)制的納米晶體發(fā)射器。
該納米復(fù)合材料通常是有狹窄的尺寸分布(標(biāo)準(zhǔn)偏差《20%) 的晶體總體的成員，雖然如果需要，尺寸分布能變寬。納米復(fù)合 材料的形狀可能是球、棒、線、片、分枝結(jié)構(gòu)，等等。
在本發(fā)明的一個實施方案中，納米復(fù)合材料包括磁性材料核 心和無才幾半導(dǎo)體外殼，而在另一個實施方案中，納米復(fù)合才才沖+包 括無機半導(dǎo)體核心和磁性材料外殼。磁性材料核心或磁性材料外 殼通?？赡苁侵T如鈷、鎳、鐵、鐵-鉑(FePt)之類的金屬、諸如Fe203 或Fe304之類氧化4失和諸如MgFe204之類的氧化4美鐵尖晶石。
在本發(fā)明中外殼通常是在整個核心周圍均勻一致的，即，在 核心周圍需要有一個完整的外殼。通常，核心將有在至少大約1.5 納米和30納米之間的尺寸。無"i侖核心是金屬材壽+核心還是無枳i
半導(dǎo)體核心，這個完整的外殼都是需要的。外殼可以作為單晶材 泮斗或多晶材料在核心上形成，取決于沉積條件和底層材并牛和外殼
才才料之間的晶格匹配。通常，活性材料的外殼將有/人大約0.3納 米到大約3納米的厚度。
光激活半導(dǎo)體核心或外殼可能是從n-vi族化合物、ii-v族 ^ft合物、in - vi族化合物、iii-v族化合物、iv-vi》矣化合物、i-in - vi族化合物、n-iv-v族化合物和n-iv-vi族化合物當(dāng)中選定 的無機材料。所謂"光激活"指的是這些材料能吸收光或發(fā)光， 這樣的光學(xué)性質(zhì)取決于組成、位置或大小(尺寸)。例子包括「石?；?br> 鎘(CdS)、竭化鎘(CdSe)、碲化鎘(CdTe)、石克化鋅(ZnS)、石西化鋅 (ZnSe)、碲化鋅(ZnTe)、石?；?HgS)、石西化汞(HgSe)、碲化汞 (HgTe)、氮化鋁(A1N)、磷化鋁(A1P)、鋁砷化(AlAs)、 4弟4匕鋁 (AlSb)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)、磷化鎵(GaP)、銻化鎵 (GaSb)、砷化銦(InAs)、氮化銦(InN)、磷化銦(InP)、銻化錮(InSb)、 砷化鉈(TlAs)、氮化鉈(T1N)、磷化鉈(T1P)、銻化鉈(TlSb)、石克化 4&(PbS)、石西4匕^g(PbSe)、蹄4匕4g(PbTe)、石西4匕《辛4鬲(ZnCdSe)、氮 化銦鎵(InGaN)、砷化銦鎵(InGaAs)、磷4匕銦鎵(InGaP)、氮4匕鋁 銦(AlInN)、石岸4匕銦鋁(InAlP)、石中化銦鋁(InAlAs)、不中4匕鋁4家 (AlGaAs)、磷化鋁4家(AlGaP)、砷化鋁銦鎵(AlInGaAs)、氮化鋁 銦鎵(AlInGaN)等等、這樣的材料的混合物或任何其它的半導(dǎo)體 或類似的材料。；茲性材料核心上的無機半導(dǎo)體外殼可以包4舌光激 活無機半導(dǎo)體外殼或者可以包括適合有選擇地調(diào)節(jié)性質(zhì)的多個 光激活無才幾半導(dǎo)體外殼。這樣的多個無才兒半導(dǎo)體外殼可以采用不 同的無才幾半導(dǎo)體材并牛。舉例來i兌，復(fù)合納米晶體可以包4舌4古芯、 CdSe活性殼層和CdTe第二活性殼層。
通過給該納米復(fù)合材料涂上一層寬帶隙半導(dǎo)體(例如，碌^化鋅) 的外殼使多功能納米復(fù)合材料表面鈍化可能是重要的。因此，在磁性材料核心上有無機半導(dǎo)體材料外殼的情況下，該無才幾半導(dǎo)體 外殼可以在外殼的外表面上有一個保護涂層。這樣的保護涂層也 可能是半導(dǎo)體材料，這樣的保護涂層有不同于核心組成的組成，但是通常有比底層無機半導(dǎo)體外殼材料的帶隙大的帶隙。多功能納米復(fù)合材料表面上的^f呆護涂層可以包括選自II-V1、 II-v化合物、III-VI族化合物、II-v族化合物、III-VI族葉匕合物、 III-V族化合物、IV-VI族化合物和I-III-VI族化合物、II-VI-6族、II-IV-V族化合物的材料。
例子包括硫化鎘(CdS)、碲化鎘(CdTe)、石?；\(ZnS)、石西化鋅 (ZnSe)、碲化鋅(ZnTe)、碌"匕汞(HgS)、汞竭化(HgSe)、碲化汞 (HgTe)、氮化鋁(A1N)、磷化鋁(A1P)、砷化鋁(AlAs)、銻化鋁 (AlSb)、砷化鎵(砷化鎵)、氮化鎵(GaN)、磷化4家(GaP)、銻，化鎵 (GaSb)、砷化銦(InAs)、氮化銦(InN)、磷化銦(InP)、 4弟化銦(InSb)、 砷化鉈(TlAs)、氮化鉈(T1N)、磷化鉈(T1P)、銻化鉈(TlSb)、石克化 鉛(PbS)、竭化鉛(PbSe)、碲化鉛(PbTe)、所有這樣的材泮牛的混合 物或任何其它的半導(dǎo)體或相似的材料。
適當(dāng)?shù)谋Ｗo涂層通常能如同Bawendi等人在美國專利第 6,322,901號中描述的那樣涂上去，其中保護涂層凈皮涂到納米晶體 的量子點上，這份描述在此通過引證被并入。
在本發(fā)明的一個實施方案中，如圖l(c)所示，為了用磁性才材料核心將外殼特性的潛在猝滅減到最少，在磁性材料核心32和 無才幾半導(dǎo)體外殼34之間使用隔離層36。在另一個實施方案中， 如圖l(d)所示，為了用磁性材料外殼將核心半導(dǎo)體特性的潛在猝 滅減到最少，在多功能納米復(fù)合材津+40的無才幾半導(dǎo)體核心42和 磁性材津牛外殼44之間使用隔離層46。這樣的隔離層通?？梢圆?用(a)無沖幾半導(dǎo)體，這種材料本質(zhì)上能獨自地起隔離材料的作用， 從那種材料到整體結(jié)構(gòu)對電子性質(zhì)沒有任何貢獻或(b)絕緣材料，
例如，珪石和相似的東西。"非活性，，隔離層也可能起將"活性，， 層之間的晶格應(yīng)變減到最小的作用。
本發(fā)明的多功能納米復(fù)合材料提供適合生物鑒定標(biāo)注或標(biāo) 識應(yīng)用的獨特的可能性，在這種情況下外殼的光學(xué)性質(zhì)(例如，
核心的磁性能分別有利于#皮標(biāo)識生物分子的f茲性采集或標(biāo)簽對 特定實物資產(chǎn)的附著。此外，調(diào)節(jié)特定性質(zhì)(例如，鎖閉溫度)(從 超順磁性向鐵磁性的轉(zhuǎn)變)的能力將允許，例如，可逆樣品群集。 換句話說，對于在鎖閉溫度以下的樣品溫度，該標(biāo)簽將是4失^茲性 的，因此有利于在外加磁體下附聚。把樣品溫度升高到鎖閉溫度 以上將引起向超順f茲狀態(tài)轉(zhuǎn)變，因此有利于被標(biāo)識生物分子的再 次解散/分離，從而進一步促進樣品的表征。
本發(fā)明的多功能納米復(fù)合材料也可能提供適合"半導(dǎo)體自旋 電子學(xué)"應(yīng)用的自旋才及化電子和空穴的獨特的有效的來源， <吏它 們變成真正多功能的。現(xiàn)今的自旋電子注射器以從鐵磁4妻觸進入
半導(dǎo)體的短暫電流為基礎(chǔ)，其效率被限制在小于大約10%，這主
要由于導(dǎo)電率在接口誤配。由于納米芯/殼型結(jié)構(gòu)或納米嵌,殳結(jié)構(gòu) 在磁性材料和半導(dǎo)體材料之間提供獨特的密切接觸，這種混合型 納米復(fù)合材津?？赡鼙荛_當(dāng)前的自力走電子注射器的問題。
本發(fā)明的多功能納米復(fù)合材料也可以提供^茲場調(diào)制的發(fā)射 器，在這種情況下由于;茲性成份對半導(dǎo)體自旋結(jié)構(gòu)的影響來自半 導(dǎo)體成〗分的光致發(fā)光可用f茲場調(diào)節(jié)。
本發(fā)明還提供形成復(fù)合納米粒子的程序，其中每個復(fù)合納米 粒子都包括磁性材料或無機半導(dǎo)體材料的核心和磁性材料或無 機半導(dǎo)體材料的外殼，而且核心和外殼的材料是不同的。該程序 包括使磁性材料或無機半導(dǎo)體材料的納米粒子在液體介質(zhì)中懸
浮或變成溶劑化物(這樣的納米粒子作為核心)；把用于磁性材料 或無機半導(dǎo)體材料的外殼的母料引進液體介質(zhì)；以及，讓母料在 能夠獲得沉積的條件下反應(yīng)，其中外殼是在核心納米粒子上形成 的。在Co作為核心、石西化鎘作為外殼材津+的納米并立子例i正中， 能夠?qū)崿F(xiàn)在Co核心納米粒子上形成CdSe外殼的沉積條件可能 是在從大約70。C到大約200°C,更優(yōu)選從大約12CTC到大約200 。c的溫度下反應(yīng)。對于其它的系統(tǒng)，這樣的最佳溫度范圍有可能 將在大約7CTC到大約30(TC之間變化，這是熟悉這項技術(shù)的人很
容易確定的。除溫度之外的其它條件(例如，母料濃度、核心材 料濃度、其它配合體的濃度以及材料的添加方法)可能對于預(yù)期 的沉積也是決定性的。
已經(jīng)研發(fā)了用來制備首次把磁性納米粒子和半導(dǎo)體量子點 的性質(zhì)結(jié)合在芯/殼型i殳計之中的真正雙功能的全無才幾納米晶體 的合成方法。當(dāng)納米復(fù)合材并+保留各個組成部分的光學(xué)性質(zhì)和》茲 性能，從而允許潛在的應(yīng)用利用這種新奇的雙功能性(例如，光 學(xué)"信息基"與磁"柄"耦合供生物檢定使用)的時候，相應(yīng)的 性質(zhì)因獨特的芯/殼型結(jié)構(gòu)而改變。
下面的實施例將更具體地描述本發(fā)明，這些實施例zf又僅打算 作為i兌明，因為4艮多^f奮正和變化對于熟悉這項#支術(shù)的人是明顯 的。
實施例1
Co芯/CdSe殼納米復(fù)合材料是通過控制CdSe在預(yù)先形成的 Co納米晶體上的沉積制備的。Co納米晶體是通過在存在有才凡表 面活性劑分子的情況下有機金屬母料(Co2(CO)2)高溫分解合成 的。在反應(yīng)之后，Co納米晶體通過添加非溶劑(無7jc曱醇)沉淀出 來，然后被再次溶解在非極性溶劑(例如，曱苯或己烷)之中。通
過重復(fù)這個程序，有效地"洗滌，，Co納米晶體并且除去過量的 表面活性劑。為了制備芯/殼型，洗過的Co納米晶體(2.7毫摩爾) ^皮分散在n-己烷(大約2毫升)之中。然后，在反應(yīng)細(xì)頸瓶中將三 辛基氧膦(TOPO， 99%; 10g)和十六烷基胺(HDA， 99%; 5g)在真 空下加熱到120°C。在兩個小時之后，將TOPO和HDA置于氮 氣氣氛之下加熱到140。C。將這個混合物的一'J、部分(大約1毫升) 力口到Co納米晶體之中，如果由此產(chǎn)生的溶液非常濃，添力口4卜充 的己烷。然后，將這個溶液轉(zhuǎn)移回反應(yīng)細(xì)頸瓶。將CdSe母津+[溶 解在1.5毫升三辛基膦(TOP)中的二甲基鎘(1.35毫摩爾)和Se(1.5 毫摩爾)，在另外的5毫升TOP中滴加到被劇烈攪拌的混合物中。 反應(yīng)在溫度下保持過夜。(與傳統(tǒng)的CdSe合成相比較)低的反應(yīng) 溫度需要長的"i秀導(dǎo)時間。此外，比較高的溫度(〉20(TC)導(dǎo)至丈未與 Co納米晶體締合的CdSe納米晶體的獨有的均相成核和生長。當(dāng) 較低溫度制備確實產(chǎn)生一些未被覆蓋的Co核心和未締合的CdSe 納米晶體的片斷的時候，各種不同的片斷可使用標(biāo)準(zhǔn)尺寸-選擇 性沉積/洗滌步驟的組合在磁性分離之前隔離開。 一般地說，甲醇 被用來使該溶液不穩(wěn)定，從而首先導(dǎo)致可能在二氯苯中^皮再次溶 解的Co核心(褐色固體)的沉積。CdSe納米晶體和Co芯/CdSe殼 納米晶體兩者在己烷中都是可溶的但是可能按大小分開。此外， 通過把磁體放在曱醇引起不穩(wěn)定的懸浮液附近，芯/殼型納米晶體 成份被吸f I到磁鐵上。在用手持熒光燈激發(fā)的時候很容易看到來 自復(fù)合顆粒的發(fā)射。
核心Co納米晶體是適度單分散的(土 15-20%),直4圣大約為 11納米。Co芯/CdSe殼的納米晶體保留仔晶核的球形形狀而且 呈現(xiàn)2到3納米厚的均勻外殼(圖2(a)和圖2(b))。 Co核和CdSe 殼之間的反差使用傳統(tǒng)的TEM顯微鏡是4艮容易區(qū)別的(圖2(a))， 外殼的精確納米結(jié)構(gòu)在高分辨率(H R)成 <象時是看得見的。作為可 能的外殼生長機制，我們建議CdSe先在Co表面上隨積J也、高
度非外延地成核，隨后CdSe顆粒生長和納米微晶融合。供CdSe ;冗積使用的低的生長溫度可能主要支持多相成核，而不是均相成 核，而且外殼的均勻性意味著充份的韌化程序建立完整的涂層。
如同4分末X射線衍射(XRD)(圖3)所確定的那樣，Co納米晶 體是作為s-Co相生長的，這是在此使用的制備方法的特4正。Co 芯/CdSe殼的納米晶體產(chǎn)生包含附加衍射峰的XRD圖，這些附加 書亍射峰指向纖維鋅礦-CdSe(在HR-TEM中確認(rèn)大約2.2埃和大 約2.6埃晶格間距與纖維鋅礦CdSe的(11)和(102)晶面相匹配)。 在組合結(jié)構(gòu)圖中XRD反射的附加寬度起因于多晶CdSe殼的非常 小的晶疇尺寸特性。
記錄了 Co和Co/CdSe納米晶體在lOOOe的外加》茲場中隨溫 度變化的直流》茲化(圖4(a))。對于11納米的￡ -Co納米晶體，鎖 閉溫度TB在350K以上，但是在包覆CDSE-外殼之后/人超順》茲 到4力磁的特性轉(zhuǎn)變在發(fā)生大約240K(圖4(a))。由于在TEM中沒 有觀察到Co核的尺寸和形狀發(fā)生重大改變，當(dāng)f茲光納米晶體被 制備成遮光器的時候，觀察到鎖閉溫度下降。強迫磁性顆粒改變 》茲化方向Hc所需要的消f茲,茲場強度即頭斧頑力也纟皮確定下來而且 發(fā)現(xiàn)對于兩個樣品是幾乎相同的，0.11特斯拉(圖4(b)),雖然由 于存在非磁性CdSe相在每克芯/殼型結(jié)構(gòu)的飽和磁化方面有大的 下降。單疇納米晶體的矯頑力主要耳又決于顆粒的f茲晶各向異性和
晶疇尺寸。兩個樣品之間在#喬頑力方面的一致性與TEM 7見察結(jié) 果(即，磁芯顆粒尺寸沒有可感知的改變)有很好的相關(guān)關(guān)系。此 外，它指出頭斧頑力主要由》茲晶各向異性決定，而不是由將只十表面 修正敏感的表面各向異性決定。別來自的芯/殼型納米晶體
芯/殼型納米復(fù)合材料的吸收和發(fā)射頻:潛呈現(xiàn)在圖5(a)中。比 較大的Stokes偏移的觀察結(jié)果進一步把芯/殼型納米晶體與純粹 的CdSe量子點區(qū)分開。同樣地按規(guī)定尺寸制作的NQDs的單分
散的CdSe納米粒子溶液呈現(xiàn)大約20納米的Stokes偏移，與該 納米復(fù)合材并牛的40-50納米偏移相當(dāng)。雖然大的Stokes偏移可能 與極接近的納米》茲體的出現(xiàn)對半導(dǎo)體光學(xué)性質(zhì)的影響有關(guān)， <旦是 它也可能歸因于CdSe形狀各向異性。明確地說，在高分辯 TEM(圖2(b))中看得見的晶疇在尺寸方面是大約2x3納米。吸收 邊緣粗略地與有這些尺寸的CdSe納米晶體相關(guān)，^f旦是光致發(fā)光 (PS)最大值被改變?；蛟S，成對的臨近領(lǐng)域充分地締合，以致它 們表現(xiàn)為單一的"納米棒"，引起那觀察到的Stokes偏移，與CdSe 納米棒樣品類似，在這種情況下與近似球形的顆粒相比較Stokes 偏移是大的。對于Co/CdSe納米晶體我們獲得大約2到3%的發(fā) 射量子產(chǎn)額(QY)。雖然未被優(yōu)化，但是這與用相似的制備路徑(但 沒有，舉例來說，提高發(fā)射效率的ZnS保護涂層)制備的CdSe所 獲得的.QYs(5到6%)相當(dāng)。除此之外，人們發(fā)現(xiàn)Co/CdSe納米晶 體的PL動力學(xué)明顯地不同于CdSe納米晶體(圖5(b))。在受激載 體的俘獲被急劇減少并因此納米晶體的PL動力學(xué)通常受相對緩 慢的輻射衰變(時間常數(shù)〉50納秒)支配的低溫(20K)下，我們觀察 到芯/殼型納米晶體的PL非常快地衰減，在不足1納秒的范圍之 內(nèi)。這些初步結(jié)果意p未著^皮加速的PL衰減是金屬Co心的出現(xiàn) 使CdSe外殼發(fā)射淬滅的結(jié)果，雖然它也可能起因于f茲性交互作 用引起的改性激子自旋結(jié)構(gòu)。
雖然已經(jīng)就特定的細(xì)節(jié)描述了本發(fā)明， <旦是不應(yīng)該把這才羊的 細(xì)節(jié)一見為對本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍體玉見在4又利要求 書之中。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合納米粒子，包括材料選自磁性材料和無機半導(dǎo)體的核心；以及材料選自無機半導(dǎo)體和磁性材料的外殼，其中所述核心和所述外殼采用不同的材料而且所述的復(fù)合納米粒子特征是具有多功能的特性，包括來自所述磁性材料的磁性能和來自所述無機半導(dǎo)體材料的光學(xué)性質(zhì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合納米粒子，包括多種納米粒子，其中 所述核心有單分散的尺寸分布。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合納米粒子，其中所述核心包括至少兩 種活性無機半導(dǎo)體的多層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合納米粒子，其中所述外殼包括至少兩 種活性無機半導(dǎo)體的多層。
5. 才艮據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合納米粒子，其中所述核心有至少一種 在大約1.5納米和大約30納米之間的尺寸。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合納米粒子，其中所述外殼的厚度從大 約0.3納米到大約3納米。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合納米粒子，其中所述外殼是單晶的或 多晶的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合納米粒子，其中所述核心具有選自球 形結(jié)構(gòu)、纟奉狀結(jié)構(gòu)、線形結(jié)構(gòu)和分4支結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合納米粒子，其中所述核心是磁性材料 的，所述磁性材料選自鈷、鎳、鐵、鐵-鉑、氧化鐵和氧化鎂 4失尖晶石。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合納米粒子，其中所述核心是無機半導(dǎo) 體材料的，所述無才幾半導(dǎo)體材津牛選自ii-vi力矣化合物、ii-v族化合物、in-vi化合物、in-v族^匕合物、iv-vi族^f匕合物、 i-iii-vi族化合物、ii-iv-v力矣化合物和n-iv-vi力矣化合物。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9的復(fù)合納米粒子，其中所述的無機半導(dǎo)體外 殼的材料選自n-vi族化合物、n-v族化合物、iii-vi化合物、 in-v族化合物、iv-vi族化合物、i-in-vi族化合物、ii-iv-v 族化合物和ii-iv-vi族化合物。
12. 根據(jù)權(quán)利要求io的復(fù)合納米粒子，其中所述金屬材料外殼 的材料選自鈷、鎳、鐵、鐵-鉑、氧化鐵和氧化鎂鐵尖晶石。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合納米粒子，其中所述的納米粒子包括4古不茲性才才并+核心和石西^^禹無才幾半導(dǎo)體外殼。
14. 才艮據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合納米粒子，進一步包括在所述核心和所述外殼之間的襯料，所述襯料選自厚度或組成使其能本質(zhì) 上獨自地起襯料作用的絕緣材料和無機半導(dǎo)體材料。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11的復(fù)合納米粒子，進一步包括在所述核心 和所述外殼之間的襯料，所述襯料選自厚度或組成使其能本 質(zhì)上獨自；也起^N 牛作用的絕纟彖材并+和無4幾半導(dǎo)體材泮十。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12的復(fù)合納米粒子，進一步包括在所述核心 和所述外殼之間的襯料，所述襯料選自厚度或組成使其能本 質(zhì)上獨自i也起^H牛作用的絕錄_材并牛和無才幾半導(dǎo)體材沖+。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合納米粒子，進一步包括在所述外殼層 之上的4屯化層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求11的復(fù)合納米粒子，進一步包括在所述外殼 層之上的4屯化層。
19. #4居權(quán)利要求16的復(fù)合納米粒子，進一步包括在所述外殼 層之上的4屯化層。
20. —種形成復(fù)合納米粒子的程序，每個復(fù)合納米粒子都包括材 料選自磁性材料和無機半導(dǎo)體的核心和材料選自無才幾半導(dǎo) 體和磁性材料的外殼，其中所述核心和所述外殼是用不同的 材料制作的，該程序包括使磁性材料或無機半導(dǎo)體材料的納米粒子在液體介質(zhì)內(nèi) 懸浮或成為溶劑化物；把母料引進液體介質(zhì)，其中所述母料(i)在所述核心為無 機半導(dǎo)體材料時是磁性材料的母料或者(ii)在所述核心為磁 性材料時是無機半導(dǎo)體材料的母料；以及在能夠獲得沉積的條件下使所述母料反應(yīng)，其中外殼是 在所迷核心上形成的。
21. 4艮據(jù)4又利要求20的程序，其中所述核心有在大約1.5納米和 大約30納米之間的至少一種尺寸。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20的程序，其中所述外殼的厚度從大約0.3納 米到大約3納米。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20的程序，其中所述外殼是單晶的或多晶的。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20的程序，其中所述核心具有選自球形結(jié)構(gòu)、 棒狀結(jié)構(gòu)、線形結(jié)構(gòu)和分枝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求20的程序，其中所述f茲性材^牛核心的材津牛選 自鈷、鎳、鐵、鐵-鉑、氧化鐵和氧化鎂鐵尖晶石。
26. 根據(jù)權(quán)利要求20的程序，其中所述無機半導(dǎo)體外殼的材料 選自ii-vi族化合物、ii-v族化合物、iii-vi族化合物、iii-v族化合物、iv-vi族化合物、i-ni-vi族化合物、n-iv-v族化合物和ii-iv-vi族化合物。
27. 根據(jù)權(quán)利要求20的程序，其中所述核心是f茲性材料鈷的核 心而所述外殼是無才幾半導(dǎo)體材料竭化鎘。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27的程序，其中所述能夠在所述》茲性材津+納 米粒子上形成無機半導(dǎo)體外殼的條件包括從大約12CTC到大 約20(TC的反應(yīng)溫度。
29. —種4全測和分4斤生物分子的方法，該方法包4舌用包括(i)材料選自磁性材料和無機半導(dǎo)體的核心和(ii) 材料選自無機半導(dǎo)體和^茲性材料的外殼的復(fù)合納米粒子標(biāo) 注生物分子，其中所述核心和所述外殼釆用不同的才才并牛而且 所述復(fù)合納米粒子特征是具有多功能特性，包括來自所述磁 性材料的磁性能和來自所述無機半導(dǎo)體材料的光學(xué)性質(zhì)；通過所述復(fù)合納米^立子的所述f茲性能操:纟從所述生物分 子；以及，通過所述復(fù)合納米粒子的所述光學(xué)性質(zhì)分析所述生物分子。 28. —種<吏一羊品2又重成<象的方法，該方法包4舌使復(fù)合納米粒子附著到所述樣品上，所述的復(fù)合納米粒 子包括(i)材料選自磁性材料和無機半導(dǎo)體的核心和(ii)材料 選自無才幾半導(dǎo)體和^磁性材并牛的外殼，其中所述核心和所述外 殼采用不同的材津牛而且所述復(fù)合納米粒子特4正是具有多功 能特性，包括來自所述磁性材料的i茲性能和來自所述無才幾半導(dǎo)體材料的光學(xué)性質(zhì)；通過所述復(fù)合納米粒子的所述光學(xué)性質(zhì)分析所述才羊品； 通過所述復(fù)合納米粒子的所述^茲性能分析所述樣品。29. —種^r測和處理選定的生物細(xì)J包的方法，該方法包4舌用包括(i)材:扦選自》茲性材并牛和無4幾半導(dǎo)體的核心和(ii) 材料選自無機半導(dǎo)體和磁性材料的外殼的復(fù)合納米粒子標(biāo) 注粘合劑，其中所述核心和所述外殼采用不同的材料而且所 述的復(fù)合納米粒子被視為具有多功能特性，包括來自所述磁 性材料的^f茲性能和來自所述無才幾半導(dǎo)體材料的光學(xué)性質(zhì)，所 述粘合劑對目標(biāo)生物細(xì)胞有親和力；分坤斤所述復(fù)合納米粒子的所述光學(xué)性質(zhì)以確定所述復(fù)合 納米粒子在目標(biāo)生物細(xì)胞上的位置；以及通過所述復(fù)合納米粒子的所述^茲性能#:縱所述目標(biāo)生物 細(xì)月包以1"更影響戶斤述目才示生物細(xì)l包的？文變。
全文摘要
這項發(fā)明提供一種多功能的納米復(fù)合材料，該材料包括要么是磁性材料要么是無機半導(dǎo)體的核心和要么是磁性材料要么是無機半導(dǎo)體的外殼，其中所述的核心和外殼采用不同的材料，這樣的多功能的納米復(fù)合材料有多功能的特性，包括來自磁性材料的磁性能和來自無機半導(dǎo)體材料的光學(xué)性質(zhì)。另外，這項發(fā)明提供這樣的多功能納米復(fù)合材料的各種不同的應(yīng)用。
文檔編號B32B5/16GK101111366SQ200580047640
公開日2008年1月23日 申請日期2005年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日
發(fā)明者斯考特·A·克羅克爾, 維克托·I·科里莫維, 詹尼弗·A·霍凌沃斯, 赫洋瑞克·基姆 申請人:加利福尼亞大學(xué)董事會