用于纳米结构体分散的官能化基质制造技术

本发明专利技术提供了用半导体纳米晶体掺杂的基质。在某些具体实施方案中，该半导体纳米晶体具有使得在特定波长下它们吸收或发射光的尺寸和组成。该纳米晶体可以包含允许用于与不同的基质材料混合的配体，包括聚合物，以至于最少部分的光被该基质散射。该基质任选由配体形成。本发明专利技术的基质还可以用于折射率的匹配应用。在其他的具体实施方案中，将半导体纳米晶体嵌入基质中以形成纳米晶体密度梯度，由此产生有效的折射率梯度。本发明专利技术的基质还可以用作光学器件上的滤波器和抗反射涂层并且用作下变频层。本申请还提供了用于制备包含半导体纳米晶体的基质的方法。本申请还描述了具有高量子效率、小尺寸、和/或窄的尺寸分布的纳米结构体、制备磷化铟纳米结构体和具有第II-VI族的壳的核-壳纳米结构体的方法。

【技术实现步骤摘要】
用于纳米结构体分散的官能化基质本申请是申请号为201080019498.6的中国专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请是要求了以下在先临时专利申请的优先权并且受益于该在先临时专利申请的非临时有效专利申请：2009年5月1日提交的MingjunLiu等人的题目为“用于纳米结构体分散的官能化基质”的USSN61/215,054，其通过参考文献的形式整体并入本申请用于所有的目的。专利
本专利技术涉及纳米结构体配体，特别是具有醇或伯胺和/或仲胺纳米结构体连接部分的聚合硅树脂配体。本专利技术还涉及纳米复合材料，特别是具有由这种配体形成的和/或包括带有这种配体的纳米结构体的硅树脂基质的复合材料。本申请的特征还在于用于制备纳米复合材料的方法。专利技术背景高性能下变频的(down-converting)磷光体技术在下一代可见光发射(包括高效能的固态白光照明(SSWL))中起到显著的作用。此外，这类技术还可应用于近红外(NIR)和红外(IR)光发射技术。由紫外光(UV)或蓝光发射半导体发光二极管(LED)下变频为蓝色、红色和绿色波长提供了用于传输商业上有吸引力的白光光源的快速、有效且成本有效的途径。不幸的是，目前是用于固态下变频的主要来源的现有稀土活化的磷光体或卤化磷酸盐最初发展用于荧光灯和阴极射线管(CRT)，且因此当它变得是SSWL的唯一要求时具有许多的严重不足。同样的，虽然一些SSWL体系是可获得的，但差的功效(<20光流明/瓦(lm/W))，差的显色性(显色指数(CRI)<75)和极高的成本(>$200/公里(klm))限制了这种技术定位市场，例如闪光灯和步道照明。此外，作为芯片/涂层界面处光子内反射的结果，LED通常遭受性能的下降。典型地，将LED封装或涂覆在聚合物材料(其可以包含磷光体)中以提供对发光芯片的稳定性。目前，这些涂层通过使用具有与基础材料(即芯片)完全不同折射率的无机或有机涂料制备，由于在两种材料之间界面处的折射率不匹配，这导致有害的光学效果。此外，LED的温度可以达到超过100℃。为了容许能伴随着温度升高的膨胀和收缩，通常将适应的聚合物层(例如硅树脂)放置与芯片接触。为了对LED提供额外的稳定性，这种适应层通常还进一步涂覆以硬壳聚合物。得到的LED结构由于相比于LED聚合物涂层较低的折射率，会在芯片/适应的聚合物界面处遭受光损失。但是，如果适应层的折射率增加，则由于在适应的聚合物和硬壳聚合物之间的高折射率/低折射率界面处因为内反射，而甚至会产生更大的损失。当使用常规的无机磷光体用于SSWL时，存在许多导致差的功效的关键因素。这些包括：在LED-芯片和磷光体层界面处的全内反射导致从LED到磷光体层的差的光提取；由于通过磷光体颗粒产生的光的散射以及通过LED芯片、金属接触部和壳的寄生吸收而从磷光体层到周围环境的差的光提取；在红色波长范围内宽的磷光体发射导致不能将发射光子用于近IR中；以及当在蓝光波长范围内激发时(这是吸收和发射效率的结合)，磷光体本身差的下变频效率。虽然用UV激发改进了效率，但是由于在UV中相对蓝光波长范围较大的Stokes-频移发光和较低的LED效率导致的额外损失使得这成为整体上很少吸引人的解决方案。结果，低效率推动了高的有效占用成本。该成本还显著受到来自耗费劳动的制造和装配方法以建造这些装置的影响，例如在包封期间在LED-芯片上磷光体层的异质集成(heterogeneousintegration)(DOEandOptoelectronicsIndustryDevelopmentAssociation"Lightemittingdiodes(LEDs)forgeneralillumination,"TechnologyRoadmap(2002))。历史上，蓝色LED已经用于与各种谱带边缘滤波器(bandedgefilters)和磷光体结合以生成白光。但是，许多现有的滤波器允许来自光谱蓝光端的光子发射，因此限制了白色LED的品质。由于有限数量的能同时在蓝色中激发的可获得的磷光体颜色和颜色组合，这种装置的性能也受到差显色性的损害。因此，对于可剪裁(tailor)以在可见光(特别是蓝光端)、紫外光和近红外光谱中滤掉特定的光子发射的有效的纳米复合材料滤波器存在着需求。虽然已经开发了一些有机磷光体用于SSWL，但有机材料具有一些使得它们不可能成为用于高效SSWL的可行解决方案的不可克服的缺点。这些包括：快速的光降解导致短的寿命，特别是在蓝光和近-UV光的存在下；低的吸收效率；光学散射，在芯片界面处差的折射率匹配，对不同颜色磷光体的窄的和不重叠的吸收光谱使得难以或者不可能同时激发多重色彩；以及宽的发光光谱。因此对辅助生产高品质、高亮度、白光的聚合物层存在着需求。除了其他优点，本专利技术通过提供用作下变频层、光子过滤层和/或折射率匹配层的聚合物纳米复合材料，通过利用剪裁纳米晶体以便最大化它们发射、吸收和折射率性质的能力而满足了这些需求。专利技术概述将纳米结构体分散在聚合物基质中对于用于许多应用而言是期望的，例如将量子点应用于发光器件，其中在合适的基质中分散可以稳定量子点，增强量子产率，并且使器件的制造简便。本专利技术描述了增强纳米结构体在聚合物基质中分散的新颖的配体，如由所述配体形成的硅树脂基质。一方面，本专利技术提供了包括醇纳米结构体连结部分的多种聚合物分子，其用作纳米结构体配体。因此，一组通常的具体实施方案提供了包括纳米结构体和聚合物配体的组合物，其中该配体包含硅树脂主链和与硅树脂主链偶联的一个或多个醇部分。该硅树脂主链典型地为直链的，但是其任选为支化的。特别有用的配体包括与硅树脂主链偶联的一个或多个二甲醇部分。通常，聚合物配体与纳米结构体的表面相连结。但是，不是所有的组合物中的配体都需要与纳米结构体相连结。在一些实施方案中，过量提供聚合物配体，以至于配体的一些分子与纳米结构体的表面相连结且配体的其他分子不与纳米结构体的表面相连结。过量的配体任选可聚合入在其中嵌入了纳米结构体的硅树脂基质，正如本文以下更详细所描述的。该组合物可以包括溶剂、交联剂和/或引发剂(例如自由基或阳离子引发剂)，例如以方便这种组合。在一类具体实施方案中，聚合物配体包含至少两种不同类型的单体单元，其中的至少一种包含醇(例如二甲醇)部分和其中的至少一种缺少醇部分。包括醇基团的单体的数量和/或百分数可以变化。例如，包含醇(例如二甲醇)部分的单体单元任选地以0.5％到20％之间的摩尔百分数存在于配体中，且更优选在0.5％到10％之间。在其中配体包含二甲醇纳米结构体连结基团的实施方案中，包含醇部分的单体单元任选包含每单体单元单只一个二甲醇部分。在其中配体包含二甲醇纳米结构体连结部分的实施方案中，配体任选包含每配体分子1-200个二甲醇部分。缺少醇部分的子单元可以是，例如二苯基硅氧烷，苯基甲基硅氧烷或二甲基硅氧烷基团，不一而足。作为另一个实施例，缺少醇基团的单体单元可以包括烷基基团，可聚合的基团，环氧基团，胺基团或羧酸基团。本申请描述了多种示例性的配体。该纳米结构体任选为纳米晶体或量子点，例如无机的、半导体，或金属纳米晶体。任选的，该纳米结构体是核-壳纳米结构体。相关的一般类别的具体实施方案提供了制备复合材料的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备复合材料的方法，该方法包括：提供纳米结构体的群体，其中该纳米结构体具有与纳米结构体表面相连结的聚合物配体，该配体包含硅树脂主链和与硅树脂主链偶联的一个或多个醇部分；提供过量的聚合物配体，该过量的聚合物配体不与纳米结构体的表面相连结；和将过量的聚合物配体和与纳米结构体相连结的聚合物配体结合到硅树脂基质中；其中所述硅树脂基质基本上由所述聚合物配体构成。

【技术特征摘要】
2009.05.01 US 61/215,0541.制备复合材料的方法，该方法包括：提供量子点的群体，其中该量子点具有与量子点表面相连结的聚合物配体，该配体包含硅树脂主链和与硅树脂主链偶联的一个或多个醇部分；提供过量的聚合物配体，该过量的聚合物配体不与量子点的表面相连结；和将过量的聚合物配体和与量子点相连结的聚合物配体结合到硅树脂基质中；其中所述硅树脂基质基本上由所述聚合物配体构成。2.制备复合材料的方法，该方法包括：提供量子点的群体，其中该量子点具有与量子点表面相连结的聚合物配体，该配体包含硅树脂主链和与硅树脂主链偶联的一个或多个醇部分；提供过量的聚合物配体，该过量的聚合物配体不与量子点的表面相连结；和将过量的聚合物配体和与量子点相连结的聚合物配体结合到硅树脂基质中；其中将聚合物配体结合到硅树脂基质中包括提供交联剂和使交联剂与配体上的羟基部分反应。3.制备复合材料的方法，该方法包括：提供量子点的群体，其中该量子点具有与量子点表面相连结的聚合物配体，该配体包含硅树脂主链和与硅树脂主链偶联的一个或多个醇部分；提供过量的聚合物配体，该过量的聚合物配体不与量子点的表面相连结；和将过量的聚合物配体和与量子点相连结的聚合物配体结合到硅树脂基质中；其中聚合物配体包含至少两种不同类型的单体单元，其中至少一种包含醇部分和其中至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明军，R·杜布朗，W·P·弗里曼，A·库克马，W·J·帕斯，
申请(专利权)人：纳米系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US