一种单分散碲化汞胶体量子点及其合成方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种单分散碲化汞胶体量子点及其合成方法与应用，属于低维半导体材料及红外探测技术领域。合成方法为：将卤化汞加入到油胺中，得到卤化汞的油胺溶液；再向该溶液中加入烷基硫醇；然后快速注入高浓度碲源，使碲源与卤化汞反应成核；再缓慢滴加低浓度碲源，以促进胶体量子点进一步生长，得到单分散碲化汞胶体量子点；所述碲源为三正辛基碲膦。本发明专利技术制备方法采用TOPTe源实现单分散HgTe胶体量子点的合成，技术可靠性高。本发明专利技术制备得到的HgTe胶体量子点尺寸可调，形貌可控，并且具有良好的单分散性、高度结晶性、良好的光电特性以及表面配体的可加工性等特点。以及表面配体的可加工性等特点。以及表面配体的可加工性等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种单分散碲化汞胶体量子点及其合成方法与应用


[0001]本专利技术属于低维半导体材料及红外探测
，更具体地，涉及一种单分散碲化汞胶体量子点及其合成方法与应用，尤其涉及一种单分散碲化汞胶体量子点红外探测材料的合成方法。

技术介绍

[0002]胶体量子点是通过化学法制备的、纳米尺度的半导体晶体，其特征尺寸在几纳米到几十纳米范围。量子点独特的性质在于它自身的量子效应，当颗粒尺寸进入纳米量级时，尺寸限域将引起尺寸效应、宏观量子隧道效应、量子限域效应和表面效应，从而展现出不同于体材料的物理、化学、光学和电学性质。
[0003]碲化汞(HgTe)是一种负带隙材料，与其他半导体量子点相比，HgTe激子半径为39nm，使其很容易获得很强的量子限域效应。通过对HgTe胶体量子点尺寸进行调节，HgTe胶体量子点吸收带边可在短波红外、中波红外、长波红外以及太赫兹范围内进行调节，是良好的红外探测材料。当前，HgTe胶体量子点主要采取两种方法，一种是三正辛基碲膦(TOPTe)注入到氯化汞的油胺溶液中，另外一种是双(三甲基硅基)碲醚(TMSTe)注入到氯化汞的油胺溶液。使用TOPTe为碲源时，合成的HgTe胶体量子点激子吸收峰尖锐，但是胶体量子点团聚现象较为严重，稳定性不佳。在后续探测器与读出电路进行单片的片上制备HgTe胶体量子点器件过程中，其团聚的胶体量子点状态不利于大面积的片上器件均一化制备。以TMSTe为碲源合成的HgTe胶体量子点单分散性好，易于加工，但是胶体量子点激子吸收特性差，严重影响HgTe胶体量子点的光学性质。与此同时，TMSTe稳定性较差，不易保存，并且价格高昂，难以大规模工业化生产。因此，开发一种新的的合成单分散的HgTe胶体量子点方法尤为重要。

技术实现思路

[0004]当前单分散HgTe胶体量子点的合成依赖(TMS)2Te为碲前驱体，(TMS)2Te对水氧极其敏感，不利于大规模工业化生产。针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于一种HgTe胶体量子点的制备方法，通过在前驱体中引入烷基硫醇配体，可以有效的改善胶体量子点的单分散性，本专利技术制备得到的HgTe胶体量子点具有高度结晶性、激子吸收特性明显(半高宽窄)等特点。
[0005]为实以上目的，按照本专利技术提供了一种单分散HgTe胶体量子点的合成方法，包括以下步骤：
[0006](1)将卤化汞加入到油胺中，得到卤化汞的油胺溶液；再向该溶液中加入烷基硫醇；
[0007](2)向步骤(1)得到的溶液中快速注入高浓度三正辛基碲膦溶液，使三正辛基碲膦与卤化汞反应成核；再缓慢滴加低浓度三正辛基碲膦溶液，以促进胶体量子点进一步生长，得到单分散碲化汞胶体量子点；所述烷基硫醇用于包覆在碲化汞量子点表面，以使碲化汞
量子点单分散；
[0008]所述高浓度三正辛基碲膦溶液的浓度为0.5～0.8mmol/mL，所述低浓度三正辛基碲膦溶液的浓度为0.05～0.08mmol/mL；所述高浓度三正辛基碲膦溶液的注入速度为1～3mL/s，所述低浓度三正辛基碲膦溶液的滴加速度为0.2～0.4mL/s；
[0009]步骤(1)和步骤(2)均在非氧化性保护气氛下进行。
[0010]优选地，所述烷基硫醇为正十二硫醇、正十四硫醇、正十六硫醇或正十八硫醇。
[0011]优选地，步骤(1)和步骤(2)均在80～120℃的加热温度下进行。
[0012]优选地，加入的高浓度三正辛基碲膦溶液与低浓度三正辛基碲膦溶液的体积比为(1～3)：1。
[0013]优选地，步骤(2)之后，还包括加入淬冷剂淬灭反应的步骤；
[0014]优选地，所述淬冷剂为正己烷、正辛烷或四氯乙烯。
[0015]优选地，加入淬冷剂之后还包括添加稳定剂的步骤，所述稳定剂为巯基羧酸；再添加反溶剂离心沉淀；
[0016]优选地，所述反溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或丙酮。
[0017]优选地，所述巯基羧酸为2
‑
巯基乙酸、3巯基丙酸或4
‑
巯基丁酸。
[0018]优选地，所述卤化汞为氯化汞、溴化汞和碘化汞中的至少一种；
[0019]优选地，所述卤化汞的油胺溶液中卤化汞的浓度为0.2～0.5mol/L。
[0020]根据本专利技术另一方面，提供了任一所述合成方法制备得到的单分散碲化汞胶体量子点。
[0021]根据本专利技术另一方面，提供了所述的单分散碲化汞胶体量子点在红外光电器件中的应用。
[0022]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0023](1)本专利技术通过简单经济的方式的合成HgTe胶体量子点，通过在前驱体中引入烷基硫醇配体，可以有效的改善胶体量子点的单分散性。烷基硫醇中的巯基官能团与金属汞(Hg)之间作用力很强，烷基硫醇一端的巯基官能团可以与胶体量子点表面的Hg元素结合，另一端的烷基官能团可以保证胶体量子点的分散性。
[0024](2)本专利技术中加入碲源分为两步，首先是快速地注入高浓度碲源，然后是缓慢地滴加低浓度碲源。先注入的一部分碲源与汞前驱物反应成核，此过程中胶体量子点核的数量迅速增多，后续滴加的部分在已成核的胶体量子点表面反应继续生长，使胶体量子点的尺寸得到增长。因而，本专利技术可以通过调整合成温度，调整初始注入和后续滴加的碲源量，合成不同尺寸的HgTe胶体量子点。胶体量子点尺寸可以在4～15nm范围内任意可调。
[0025](3)本专利技术制备的HgTe胶体量子点具有良好的激子吸收特性，通过改变HgTe胶体量子点的尺寸，量子的吸收带边可从1.7μm调节至6.0μm。
[0026](4)本专利技术采用汞的卤族化合物为汞源，TOPTe为碲源，无须其他Te源辅助，获得的HgTe胶体量子点可长期稳定单分散于常规的非极性溶剂，且红外吸收特性优良(吸收曲线激子吸收峰半高宽窄)。本专利技术采用TOPTe为碲源，与TMSTe相比成本低廉，稳定性好，易于大规模生产。
[0027](5)本专利技术制备方法采用TOPTe源实现单分散HgTe胶体量子点的合成，技术可靠性
高。本专利技术制备得到的HgTe胶体量子点尺寸可调，形貌可控，并且具有良好的单分散性、高度结晶性、良好的光电特性以及可加工性等特点。
[0028](6)本专利技术制备得到的HgTe胶体量子点可稳定存放一年以上。
附图说明
[0029]图1是本专利技术制备方法的流程示意图。
[0030]图2是本专利技术实施例1
‑
6获得不同尺寸HgTe胶体量子点的TEM图。
[0031]图3是对比例1中HgTe胶体量子点的TEM图。
[0032]图4是本专利技术实施例1
‑
6获得不同尺寸HgTe胶体量子点的红外吸收光谱图。
[0033]图5是本专利技术实施例3制备得HgTe胶体量子点HRTEM图。
[0034]图6是本专利技术实施例3制备得HgTe胶体量子点的XRD图。
[0035]图7是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单分散碲化汞胶体量子点的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将卤化汞加入到油胺中，得到卤化汞的油胺溶液；再向该溶液中加入烷基硫醇；(2)向步骤(1)得到的溶液中快速注入高浓度三正辛基碲膦溶液，使三正辛基碲膦与卤化汞反应成核；再缓慢滴加低浓度三正辛基碲膦溶液，以促进胶体量子点进一步生长，得到单分散碲化汞胶体量子点；所述烷基硫醇用于包覆在碲化汞量子点表面，以使碲化汞量子点单分散；所述高浓度三正辛基碲膦溶液的浓度为0.5～0.8mmol/mL，所述低浓度三正辛基碲膦溶液的浓度为0.05～0.08mmol/mL；所述高浓度三正辛基碲膦溶液的注入速度为1～3mL/s，所述低浓度三正辛基碲膦溶液的滴加速度为0.2～0.4mL/s；步骤(1)和步骤(2)均在非氧化性保护气氛下进行。2.如权利要求1所述的单分散碲化汞胶体量子点的合成方法，其特征在于，所述烷基硫醇为正十二硫醇、正十四硫醇、正十六硫醇或正十八硫醇。3.如权利要求1所述的单分散碲化汞胶体量子点的合成方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)均在80～120℃的加热温度下进行。4.如权利要求1所述的单分散碲化汞胶体量子点的合成方...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋海胜，杨霁，蓝新正，吕逸飞，胡慧成，
申请(专利权)人：华中科技大学温州先进制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：