一种CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点光放大器及其制备方法技术

一种CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点光放大器及其制备方法，属于核壳量子点光放大器领域。液芯光纤或超细毛细管构成直径为百微米量级的环形谐振腔，CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点作为增益介质添加到环形谐振腔内。通过CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点材料的自发和受激辐射产生物理机理及光谱特性，控制量子点形成条件，调控量子点微结构形貌、元素组分、表面配体和配比浓度，光学泵浦环形腔尺寸设计，实现可调微区辐射范围的低阈值高强度稳定红外光发射。

【技术实现步骤摘要】
一种CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点光放大器及其制备方法
本专利技术属于核壳量子点光放大器领域，具体涉及一种CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点结合环形谐振腔的量子点光放大器及制备方法。
技术介绍
核壳量子点是指由多种纳米材料通过化学键或其他作用力将量子点包覆起来形成的纳米尺度的有序组装结构。最近几十年，量子点即粒径小于其材料波尔半径的半导体纳米晶体，尤其核壳量子点，由于其独特的低阈值、高产量的发光性质备受人们关注。一方面，核壳量子点可有效钝化单核量子点表面，消除量子点表面阴、阳离子缺陷，减少非辐射跃迁，提高量子产率。另一方面，不同性质半导体纳米晶体构成核壳量子点，可以实现更为丰富的能带结构和多样的功能修饰，具有全新功能。因此，核壳量子点在高强度发光器件、生物标记和医学成像、生物传感器、太阳能电池等方向有着重要应用前景。量子点光放大器(QD-SOA)通常是指量子点在激发光照射下，价带电子跃迁至导带,在液芯光纤构成的环形谐振腔下形成正反馈，实现了粒子数反转，产生“受激辐射”光放大输出。重难点在于QD-SOA光放大区域的量子点材料对能级结构具有非常显著的限制作用，通过在表面钝化减少了缺陷态，增加辐射跃迁概率，核壳结构免于内部光氧化，增加了荧光稳定性，进而利用量子点中电子和空穴等电荷载流子聚集的性质，有效控制受激辐射等决定光放大性能的基本物理过程，提高半导体光放大器的性能，并表现出了受人瞩目的潜能。QD-SOA实验方面的研究，以东京大学和富士通使用量子点材料开发成功的带宽为120nm、功率高达23.1dBm的半导体光放大器为最具有代表意义的开创性成果。随着,QD-SOA相关的理论和实验研究进入了蓬勃发展时期。近年来，环形腔量子点光放大器理论上也日趋成熟，实验上在室温下的低阈值电流和高输出功率等方面也不断获得突破，已可获得从可见光到近红外辐射的量子点光放大器。一种核壳量子点光放大器需要达到以下要求：1、选择合适的量子点材料，通过控制量子点的尺寸和元素配比，更精确调控荧光发射波长。2、增加量子点的吸收截面，抑制缺陷态，尽可能提高量子点光增益贡献比例，提高量子效率、保证有源区的光增益大。3、优化量子点光放大器的结构设计，使其有利于量子点材料的光增益。设计思路：选择CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点作为光放大器增益介质，同时满足光增益和精准调控光发射波长的要求；选择环形谐振腔实现光放大作用，并发挥量子点体积小发光区域小量子效率高的优势。
技术实现思路
本专利技术目的是专利技术一种CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点光放大器及其制备方法。一种CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点光放大器，其特征在于，液芯光纤或超细毛细管构成直径为百微米量级的环形谐振腔，CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点作为增益介质添加到环形谐振腔内。量子点三个维度均处于10nm以下，量子点浓度3-25mg/ml。所述的CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点为是：以CdTe纳米晶体为核心，CdTe核心的外层为CdSe中间壳层，CdSe中间壳层的外层为ZnS外壳。通过尺寸调谐可以产生680-820nm的近红外荧光光谱，具有较高的荧光量子产率和良好的光稳定性，量子点在三个维度的尺寸均小于10nm，可以实现直径在微米尺度的液芯光纤或超细毛细管中照射区域的精准把控，进行组织体内精准的微区治疗。其中双核壳量子点CdTe@CdSe@ZnS的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)CdTe核心的制备：利用水相合成法制备CdTe核心，将新制备的过量NaHTe溶液添加到含N2饱和的Cd(NO3)2溶液中，利用NaOH将pH值调整到8-9，并加入谷胱甘肽(GSH)作为稳定剂；在溶液中加入少量的氨作为额外的稳定剂和PH控制器，得到CdTe核纳米晶体；进一步地，Cd2+/HTe-的摩尔比固定在2:1-4:1之间，Cd2+/GSH摩尔比固定在1:2-1:3之间。NaHTe制备：将1.2mmol-1.5mmolNaBH4、0.3mmol-0.45mmolTe加入4-6mL脱气水中，进行磁力搅拌，待反应液变为乳白色备用。(2)CdSe中间壳层的制备：利用连续离子层吸附反应技术(SILAR)制备CdSe壳；将0.4-0.8mmol过量NaBH4溶解在2-4ml水中，在N2下加入0.2-0.4mmol的Se粉，分别得到摩尔浓度为0.05-0.2mmol/mlNaHSe溶液即Se前驱体溶液；将步骤(1)纯化的CdTe核纳米晶体悬浮在脱气水中，用NaOH将pH值调节至10-11；摩尔比为1:2-1:3之间的Cd(NO3)2〃4H2O和特定的谷胱甘肽(GSH)组成Cd2+多肽前驱体，溶于25-30mL去离子水组成Cd2+摩尔浓度为0.01-0.012mmol/ml的Cd2+多肽前驱体，用NaOH调节PH值到10-11；将Cd2+多肽前驱体和Se前驱体溶液同时边滴加到90℃-100℃CdTe核纳米晶体悬浮液中，边滴加边搅拌CdTe核纳米晶体悬浮液，滴加完之后继续搅拌反应10-30min得到质量百分比浓度为1％-11％，CdTe/CdSe纳米晶体；Cd2+多肽前驱体中Cd2+的摩尔数与Se前驱体溶液中与Se摩尔数之比大于1:1，优选为1.02-1.1：1；进一步地，制备CdSe壳时，在90℃-100℃温度下，将Cd2+多肽前驱体和Se前驱体溶液以12-13μl/min速度加入到CdTe核纳米晶体悬浮液中时，保持在20-30分钟，生长单层CdSe中间壳层，每毫摩CdTe核纳米晶体对应Se的摩尔数为1:2-1:3。。进一步地，制备CdSe壳时，所有反应都是在露天条件下进行的，产生气体，保持反应器开放状态。(3)ZnS外壳的制备：将谷胱甘肽(GSH)和Zn(NO3)2溶解在纯水中，随后用NaOH调节pH值到10-11得到Zn2+前体溶液；将步骤(2)纯化后的CdTe-CdSe纳米晶体中加入硫脲和Zn2+前体溶液，将pH值也调节至10-11，混合后反应30-60分钟，收集混合物，在冰浴中冷却以淬灭反应；最后使用2-丙醇和苯酚沉淀纳米晶体，进一步6000-10000转/分离心纯化后，重新悬浮在纯水中。进一步地，制备ZnS壳时，将反应混合物等分试样时，保持温度在90℃。进一步地，制备ZnS壳时，反应混合物中Zn2+/硫脲摩尔比为1：1-2:1，Zn2+/GSH摩尔比为1:2-1:3，CdTe-CdSe纳米晶体每毫摩CdTe/CdSe纳米晶体与Zn2+的摩尔比为1.25:1-1:1。以一种CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点为光增益介质，液芯光纤、超细毛细管或光子晶体光纤，构成直径为微米量级的环形谐振腔，是一种新型红外量子点光放大器，其特征在于，制备方法包括以下步骤：(1)量子点进入谐振腔对于超细毛细管或液芯光纤采用虹吸作用，通过控制另一端密封压力控制进入谐振腔中CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点的剂量0.01-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点光放大器，其特征在于，液芯光纤或超细毛细管构成直径为百微米量级的环形谐振腔，CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点作为增益介质添加到环形谐振腔内。/n

【技术特征摘要】
1.一种CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点光放大器，其特征在于，液芯光纤或超细毛细管构成直径为百微米量级的环形谐振腔，CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点作为增益介质添加到环形谐振腔内。


2.按照权利要求1所述的一种CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点光放大器，其特征在于，量子点三个维度均处于10nm以下。


3.按照权利要求1所述的一种CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点光放大器，其特征在于，量子点浓度3-25mg/ml。


4.按照权利要求1所述的一种CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点光放大器，其特征在于，所述的CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点为是：以CdTe纳米晶体为核心，CdTe核心的外层为CdSe中间壳层，CdSe中间壳层的外层为ZnS外壳。


5.按照权利要求1所述的一种CdTe@CdSe@ZnS双层壳核壳量子点光放大器，其特征在于，其中双核壳量子点CdTe@CdSe@ZnS采用以下制备方法得到，包括以下步骤：
(1)CdTe核心的制备：
利用水相合成法制备CdTe核心，将新制备的过量NaHTe溶液添加到含N2饱和的Cd(NO3)2溶液中，利用NaOH将pH值调整到8-9，并加入谷胱甘肽(GSH)作为稳定剂；在溶液中加入少量的氨作为额外的稳定剂和PH控制器，得到CdTe核纳米晶体；
Cd2+/HTe-的摩尔比固定在2:1-4:1之间，Cd2+/GSH摩尔比固定在1:2-1:3之间；
(2)CdSe中间壳层的制备：
利用连续离子层吸附反应技术(SILAR)制备CdSe壳；将0.4-0.8mmol过量NaBH4溶解在2-4ml水中，在N2下加入0.2-0.4mmol的Se粉，分别得到摩尔浓度为0.05-0.2mmol/mlNaHSe溶液即Se前驱体溶液；将步骤(1)纯化的CdTe核纳米晶体悬浮在脱气水中，用NaOH将pH值调节至10-11；摩尔比为1:2-1:3之间的Cd(NO3)2·4H2O和特定的谷胱甘肽(GSH...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏雪琼，王丽，王进，赵鹏翔，吕青鸿，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11