常温混相配体交换用于调控红外胶体量子点带状输运的方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种常温混相配体交换用于调控红外胶体量子点带状输运的方法及应用，属于光电传感器材料制备技术领域。它包括在硫汞系胶体量子点合成中，在常温下采用短链2

【技术实现步骤摘要】
常温混相配体交换用于调控红外胶体量子点带状输运的方法及应用


[0001]本专利技术涉及在红外胶体量子点合成过程中利用常温混相液态交换方法优化量子点表面配体用于实现调控载流子类型、浓度及迁移率，属于光电传感器材料制备
，具体地涉及一种常温混相配体交换用于调控红外胶体量子点带状输运的方法及应用。

技术介绍

[0002]在红外探测领域，光电探测器目前主要采用成熟的材料技术，比如碲化镉(MCT)、量子阱和ii型超晶格等。然而，这些设备的制造复杂性高、产量低、成本高，因此其应用仅限于军事和科学研究。作为外延半导体的替代品，胶体量子点(CQDs)近十年来被广泛应用，包括光谱仪、光电晶体管、FPA成像仪、激光器、发光二极管等，硫汞族胶体量子点具有广谱可调性的优点，吸收波段覆盖了主要的大气窗口，包括近红外、短波红外，中波红外，长波红外等。并且其液相合成、液相加工的墨水特性，大大简化了器件的制备工艺，降低了生产成本，是新型红外探测器件发展的未来方向。
[0003]良好的红外光电探测器的首要条件是材料吸收红外光后形成的光生载流子能够传输到收集电极，产生有效的电信号。而这一过程需要对材料中载流子的类型，浓度和迁移率有精确的调控。然而在典型胶体量子点溶液中，为了提高溶液稳定性，量子点表面被长链强配体覆盖，导致制备成固体后，载流子输运效率很低，器件的光响应率低。为了替代量子点表面笨重长链的配体，需对量子点表面配体进行处理，常用处理方式包括固态配体交换法和液态配体交换法。
[0004]固态配体交换法：例如传统HgTe胶体量子点的合成过程中，由于会用长链配体对量子点进行包裹，以便得到稳定的量子点墨水，可以通过固态配体交换来置换掉部分长链配体为短链，但该方法是在量子点成膜后进行，每涂完一层膜都要置换一次，这就导致比较容易冲洗掉表面部分配体，胶体量子点薄膜致密度不高，有裂痕，薄膜质量有待提升，且该种置换方式不完全，内部大量残余的长链配体仍然未被置换，影响量子点薄膜层的电子传输性能，使得量子点薄膜中载流子的迁移率提升有限。
[0005]液态配体交换法：该方法在溶液中完成，即在量子点成膜之前，将表面笨重的配体置换掉，由于配体交换后的量子点仍然分散在溶剂中，载流子迁移率较高，故大部分会涉及退火过程，该过程会使量子点失去或部分失去量子限域效应。即使不涉及退火，只进行液态配体交换，实际操作过程中残留配体量无法得到控制，仍导致薄膜质量下降。
[0006]综上，现有技术公开的红外胶体量子点表面配体交换方法存在薄膜质量不理想，量子点薄膜中载流子迁移率不高的技术问题。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本专利技术公开了一种常温混相配体交换用于调控红外胶体量子点带状输运的方法，该调控方法不仅提高了量子点薄膜的电子传输性能，且可对量子点
表面进行修饰实现量子点的可调掺杂。
[0008]为实现上述技术目的，本专利技术公开了一种常温混相配体交换方式制备硫汞系红外胶体量子点墨水的方法，它包括如下步骤：
[0009]1)长链强配体包覆的硫汞系红外胶体量子点溶液的合成：长链强配体、汞盐、硫系物前驱体采用热注射法合成长链强配体包覆的硫汞系红外胶体量子点溶液；其中，所述硫系物前驱体包括硫化物前驱体、硒化物前驱体或碲化物前驱体；2)常温液相混相配体交换：取步骤1)的溶液经清洗、离心干燥处理后分散至正己烷中，加入2
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巯基乙醇、相转移催化剂后混匀，继续加入N,N
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二甲基甲酰胺使硫汞系红外胶体量子点转移至N,N
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二甲基甲酰胺中后丢弃掉正己烷；
[0010]3)表面偶极子调控：向步骤2)的N,N
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二甲基甲酰胺溶液中分别加入不同使用量的汞盐用于制备本征型硫汞系红外胶体量子点溶液和/或n型硫汞系红外胶体量子点溶液，还包括向步骤2)的N,N
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二甲基甲酰胺溶液中加入硫化物制备p型硫汞系红外胶体量子点溶液，各溶液经清洗、离心干燥处理后制得各量子点固体沉淀并分散至N,N
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二甲基甲酰胺中即为硫汞系红外胶体量子点墨水。
[0011]进一步地，步骤2)中，所述2
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巯基乙醇的体积为经步骤2)离心干燥后量子点固体沉淀质量的0.4～0.53％，所述相转移催化剂的质量为经步骤2)离心干燥后量子点固体沉淀质量的66.7～133.3％；所述相转移催化剂为四丁基溴化铵、双十八烷基溴化铵、四丁基氯化铵、四甲基氯化铵、四乙基氯化铵中任意一种。
[0012]进一步地，步骤3)中，制备本征型硫汞系红外胶体量子点的汞盐物质的量为步骤1)中汞盐物质的量的20％；制备n型硫汞系红外胶体量子点的汞盐物质的量为步骤1)中汞盐物质的量的40％；制备p型硫汞系红外胶体量子点的硫化物物质的量为步骤1)中汞盐物质的量的10％；
[0013]所述汞盐为氯化汞、溴化汞、氟化汞、醋酸汞中任意一种，所述硫化物为硫化铵。
[0014]进一步地，所述硫汞系包括硫化汞、硒化汞、碲化汞中任意一种。
[0015]进一步地，步骤1)中，所述长链强配体为油胺。
[0016]本专利技术公开技术方案的目的之二是提供一种上述制备方法制得的硫汞系红外胶体量子点墨水。该硫汞系红外胶体量子点墨水分散均匀，性能稳定。
[0017]本专利技术公开技术方案的目的之三是提供一种常温混相配体交换方式制备硫汞系红外胶体量子点薄膜的方法，它包括如下步骤：
[0018]1)长链强配体包覆的硫汞系红外胶体量子点溶液的合成：长链强配体、汞盐、硫系物前驱体采用热注射法合成长链强配体包覆的硫汞系红外胶体量子点溶液；其中，所述硫系物前驱体包括硫化物前驱体、硒化物前驱体或碲化物前驱体；
[0019]2)常温液相混相配体交换：取步骤1)的溶液经清洗、离心干燥处理后分散至正己烷中，加入2
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巯基乙醇、相转移催化剂后混匀，继续加入N,N
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二甲基甲酰胺使硫汞系红外胶体量子点转移至N,N
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二甲基甲酰胺中后丢弃掉正己烷；
[0020]3)表面偶极子调控：向步骤2)的N,N
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二甲基甲酰胺溶液中分别加入不同使用量的汞盐用于制备本征型硫汞系红外胶体量子点溶液和/或n型硫汞系红外胶体量子点溶液，还包括向步骤2)的N,N
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二甲基甲酰胺溶液中加入硫化物制备p型硫汞系红外胶体量子点溶液，各溶液经清洗、离心干燥处理后制得各量子点固体沉淀；
[0021]4)固态配体交换：取步骤3)的各量子点固体沉淀分散至N,N
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二甲基甲酰胺中，采用涂覆方式制备本征型和/或n型和/或p型量子点薄膜，在涂覆过程中采用1,2
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二硫醇+盐酸的混合液进行固体配体置换，每次置换结束后采用异丙醇清洗，直至完成。
[0022]进一步地，步骤4)中，1,2
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二硫醇、盐酸、异丙醇间体积比为(0.8～1.2):(0.8～1.2):(15～25)，优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种常温混相配体交换方式制备硫汞系红外胶体量子点墨水的方法，其特征在于，它包括如下步骤：1)长链强配体包覆的硫汞系红外胶体量子点溶液的合成：长链强配体、汞盐、硫系物前驱体采用热注射法合成长链强配体包覆的硫汞系红外胶体量子点溶液；2)常温液相混相配体交换：取步骤1)的溶液经清洗、离心干燥处理后分散至正己烷中，加入2
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巯基乙醇、相转移催化剂后混匀，继续加入N,N
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二甲基甲酰胺使硫汞系红外胶体量子点转移至N,N
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二甲基甲酰胺中后丢弃掉正己烷；3)表面偶极子调控：向步骤2)的N,N
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二甲基甲酰胺溶液中分别加入不同使用量的汞盐用于制备本征型硫汞系红外胶体量子点溶液和/或n型硫汞系红外胶体量子点溶液，还包括向步骤2)的N,N
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二甲基甲酰胺溶液中加入硫化物制备p型硫汞系红外胶体量子点溶液，各溶液经清洗、离心干燥处理后制得各量子点固体沉淀并分散至N,N
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二甲基甲酰胺中即为硫汞系红外胶体量子点墨水。2.根据权利要求1所述的常温混相配体交换方式制备硫汞系红外胶体量子点墨水的方法，其特征在于，步骤2)中，所述2
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巯基乙醇的体积为经步骤2)离心干燥后量子点固体沉淀质量的0.4～0.53％，所述相转移催化剂的质量为经步骤2)离心干燥后量子点固体沉淀质量的66.7～133.3％；所述相转移催化剂为四丁基溴化铵、双十八烷基溴化铵、四丁基氯化铵、四甲基氯化铵、四乙基氯化铵中任意一种。3.根据权利要求1或2所述的常温混相配体交换方式制备硫汞系红外胶体量子点墨水的方法，其特征在于，步骤3)中，制备本征型硫汞系红外胶体量子点的汞盐物质的量为步骤1)中汞盐物质的量的20％；制备n型硫汞系红外胶体量子点的汞盐物质的量为步骤1)中汞盐物质的量的40％；制备p型硫汞系红外胶体量子点的硫化物物质的量为步骤1)中汞盐物质的量的10％；所述汞盐为氯化汞、溴化汞、氟化汞、醋酸汞中任意一种，所述硫化物为硫化铵。4.根据权利要求3所述的常温混相配体交换方式制备硫汞系红外胶体量子点墨水的方法，其特征在于，所述硫汞系包括硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈梦璐，唐鑫，薛晓梦，赵雪，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：