本發(fā)明涉及一種在介孔玻璃中室溫生長(zhǎng)發(fā)光合金化量子點(diǎn)的氣相制備方法，屬于光學(xué)玻璃制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、量子點(diǎn)因其量子限域效應(yīng)展現(xiàn)出獨(dú)特的光學(xué)特性，改變其粒徑大小可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)光范圍的調(diào)控。玻璃中原位生長(zhǎng)固化量子點(diǎn)是提升量子點(diǎn)穩(wěn)定性和加工性能的最具前景的手段。在之前的工作中，我們已經(jīng)通過(guò)改變介孔玻璃的制備條件(改變介孔al2o3-sio2玻璃中的鋁硅比)來(lái)調(diào)控介孔玻璃中的介孔孔徑大小，從而調(diào)節(jié)量子點(diǎn)粒徑來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其發(fā)光范圍的調(diào)控。但是介孔玻璃的孔徑調(diào)控范圍是有限的，合金化量子點(diǎn)能夠在不改變粒徑尺寸的條件下改變量子點(diǎn)的禁帶寬度，從而有效調(diào)控其發(fā)光范圍。然而，在玻璃中原位生長(zhǎng)固化合金化量子點(diǎn)卻鮮少報(bào)道。僅有的幾篇報(bào)道中，利用的也是傳統(tǒng)的高溫?zé)崽幚矸椒ㄊ购辖鸹孔狱c(diǎn)在致密玻璃中結(jié)晶析出[wang,jc?et?al.,journal?of?the?american?ceramicsociety,2022,106,1,317-329.][p.d.persans?et?al.,physical?review?b,63,115320.][yu?m?azhniuk?et?al?2007j.phys.:conf.ser.92,012044.]。通過(guò)改變介孔玻璃中量子點(diǎn)成分來(lái)調(diào)控發(fā)光光譜是領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)難點(diǎn)，尤其是在低溫下進(jìn)行。我們采用水相螯合物溶膠凝膠法制備介孔al2o3-sio2玻璃，將合金化量子點(diǎn)前驅(qū)體cd與zn同時(shí)摻雜進(jìn)玻璃溶膠體系中，利用h2s氣體作為硫源，室溫下原位生長(zhǎng)固化合金化量子點(diǎn)在介孔玻璃中。同時(shí)可改變摻雜的前驅(qū)體cd與zn之間的摩爾比，從而改變生長(zhǎng)的合金化量子點(diǎn)的禁帶寬度，實(shí)現(xiàn)合金化量子點(diǎn)玻璃發(fā)光范圍的有效調(diào)控。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種在介孔無(wú)機(jī)玻璃中室溫生長(zhǎng)合金化量子點(diǎn)的制備方法，目的是避免使用高溫?zé)崽幚淼姆绞綄?shí)現(xiàn)合金化量子點(diǎn)在玻璃基材中的固化，改變兩種量子點(diǎn)前驅(qū)體的摻雜濃度，使制備的合金化量子點(diǎn)玻璃具有更寬的可調(diào)控發(fā)光范圍。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提出了一種在介孔玻璃中室溫生長(zhǎng)合金化量子點(diǎn)的制備方法，所述制備方法為將兩種量子點(diǎn)前驅(qū)體cd和zn同時(shí)添加到制備納米孔玻璃的溶膠溶液中，制備得到含兩種量子點(diǎn)前驅(qū)體的介孔al2o3-sio2玻璃，室溫下，將所述介孔玻璃置于h2s氛圍中，在介孔玻璃中生長(zhǎng)出合金化量子點(diǎn)，具體方法包括以下步驟：

3、s1.制備前驅(qū)體溶劑：將乳酸鋁的水溶液添加到teos的乙醇分散液中，室溫下磁力攪拌均勻后得到混合溶液；

4、s2.加入量子點(diǎn)前驅(qū)體：將乙酸鋅水溶液和乙酸鎘水溶液分別滴加到s1步驟得到的混合溶液中，室溫下磁力攪拌，直至teos水解完全，得到澄清的溶膠體系；

5、s3.陳化與干燥：將s2步驟得到的溶膠體系室溫靜置陳化，隨后在烘箱中升溫使溶劑蒸發(fā)，自然冷卻至室溫后得到干凝膠體系；

6、s4.高溫?zé)Y(jié)：將s3步驟得到的干凝膠體系置于馬弗爐中高溫?zé)Y(jié)，得到含量子點(diǎn)前驅(qū)體cd和zn的介孔玻璃al2o3-sio2-cd/zn；

7、s5.生長(zhǎng)合金化量子點(diǎn)：將s4步驟得到的含兩種量子點(diǎn)前驅(qū)體的介孔玻璃al2o3-sio2-cd/zn置于h2s氛圍中，室溫下生長(zhǎng)合金化量子點(diǎn)，制備得到合金化量子點(diǎn)玻璃al2o3-sio2-cdzns。

8、進(jìn)一步的，s1步驟得到的混合溶液中al/si摩爾比為0.02-0.1。

9、進(jìn)一步的，s1、s2步驟中磁力攪拌的攪拌轉(zhuǎn)速為300-800rpm。

10、進(jìn)一步的，s2步驟中，乙酸鋅和乙酸鎘的水溶液中cd和zn摻雜濃度共計(jì)不超過(guò)al和si總摩爾量的1.5mol％。

11、進(jìn)一步的，s2步驟中，乙酸鋅和乙酸鎘的水溶液中zn/cd摩爾比為0-2。

12、進(jìn)一步的，s3步驟中，陳化時(shí)間為24小時(shí)，烘箱中升溫程序?yàn)橛墒覝孛?小時(shí)升溫20℃，升至100℃，并在100℃保溫24小時(shí)后，自然冷卻至室溫。

13、進(jìn)一步的，s4步驟中，干凝膠在馬弗爐中的高溫煅燒溫度由室溫升至650-750℃，且每升溫100℃，保溫6小時(shí)。

14、進(jìn)一步的，s5步驟中，使用管式爐作為量子點(diǎn)反應(yīng)的容器，在引入h2s氣體前，對(duì)所述管式爐抽真空30分鐘。

15、進(jìn)一步的，s5步驟中，所述合金化量子點(diǎn)的生長(zhǎng)時(shí)間為24-120小時(shí)。

16、本發(fā)明的技術(shù)效果：

17、(1)首先，將兩種量子點(diǎn)前驅(qū)體cd和zn同時(shí)摻雜進(jìn)介孔玻璃體系中，利用氣相法可以實(shí)現(xiàn)合金化量子點(diǎn)在介孔玻璃中的室溫生長(zhǎng)固化，克服了常規(guī)方法中需要高溫環(huán)境的技術(shù)難題，這在此之前只在致密玻璃中通過(guò)高溫?zé)崽幚淼姆椒▽?shí)現(xiàn)過(guò)。

18、(2)其次，通過(guò)改變兩種量子點(diǎn)前驅(qū)體在玻璃中的摻雜濃度，可實(shí)現(xiàn)在介孔玻璃中生長(zhǎng)合金化量子點(diǎn)，獲得在固定孔徑中調(diào)控量子點(diǎn)化學(xué)組分的技術(shù)突破，解決通過(guò)成分調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)≥80納米的超寬發(fā)光范圍調(diào)控的技術(shù)難點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種在介孔玻璃中室溫生長(zhǎng)合金化量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，將兩種量子點(diǎn)前驅(qū)體cd和zn同時(shí)添加到制備納米孔玻璃的溶膠溶液中，制備得到含兩種量子點(diǎn)前驅(qū)體的介孔al2o3-sio2玻璃，室溫下，將所述介孔玻璃置于h2s氛圍中，在介孔玻璃中生長(zhǎng)出合金化量子點(diǎn)，具體方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在介孔玻璃中室溫生長(zhǎng)合金化量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，s1步驟得到的混合溶液中al/si摩爾比為0.02～0.1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在介孔玻璃中室溫生長(zhǎng)合金化量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，s1、s2步驟中所述磁力攪拌的攪拌轉(zhuǎn)速為300-800rpm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在介孔玻璃中室溫生長(zhǎng)合金化量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，s2步驟中，乙酸鋅和乙酸鎘的水溶液中cd和zn摻雜濃度共計(jì)不超過(guò)al和si總摩爾量的1.5mol％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在介孔玻璃中室溫生長(zhǎng)合金化量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，s2步驟中，乙酸鋅和乙酸鎘的水溶液中zn/cd摩爾比為0～2。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在介孔玻璃中室溫生長(zhǎng)合金化量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，s3步驟中，陳化時(shí)間為24小時(shí)，烘箱中升溫程序?yàn)橛墒覝孛?小時(shí)升溫20℃，升至100℃，并在100℃保溫24小時(shí)后，自然冷卻至室溫。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在介孔玻璃中室溫生長(zhǎng)合金化量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，s4步驟中，干凝膠在馬弗爐中的高溫煅燒溫度由室溫升至650-750℃，且每升溫100℃，保溫6小時(shí)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在介孔玻璃中室溫生長(zhǎng)合金化量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，s5步驟中，使用管式爐作為量子點(diǎn)反應(yīng)的容器，在引入h2s氣體前，對(duì)所述管式爐抽真空30分鐘。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在介孔玻璃中室溫生長(zhǎng)合金化量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，s5步驟中，所述合金化量子點(diǎn)的生長(zhǎng)時(shí)間為24-120小時(shí)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種在介孔玻璃中室溫生長(zhǎng)合金化量子點(diǎn)的方法，其中合金化量子點(diǎn)為CdZnS量子點(diǎn)，介孔玻璃為Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;?SiO<subgt;2</subgt;介孔玻璃。本方法的基本工藝為：利用水相螯合物溶膠凝膠法制備含量子點(diǎn)前驅(qū)體Cd和Zn的介孔Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;?SiO<subgt;2</subgt;玻璃；制備含量子點(diǎn)前驅(qū)體的溶膠溶液，經(jīng)過(guò)溶膠到干凝膠再到高溫煅燒后得到含量子點(diǎn)前驅(qū)體的介孔玻璃Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;?SiO<subgt;2</subgt;?Cd/Zn；室溫下，上述含量子點(diǎn)前驅(qū)體的介孔玻璃與H<subgt;2</subgt;S反應(yīng)，制備得到合金化量子點(diǎn)玻璃；通過(guò)調(diào)控兩種量子點(diǎn)前驅(qū)體在介孔玻璃中的摻雜比例，可以直接對(duì)生長(zhǎng)的合金化量子點(diǎn)的化學(xué)組分進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)合金化量子點(diǎn)玻璃的發(fā)光范圍調(diào)控。該發(fā)明方法為在玻璃中生長(zhǎng)合金化量子點(diǎn)提供了無(wú)需高溫條件的新方案。

技術(shù)研發(fā)人員：王高中,白雪,周瑋,王圣浩,約翰·梅根
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6