[发明专利]用于印刷光电装置中的活性层的胶体纳米颗粒油墨

说明书

制造油墨(100)组合物的方法包括两相配体交换过程。使第一相液体(10)与第二相液体(20)接触，所述第一相液体(10)包含非极性溶剂(11)与由非极性配体(2)的壳封端的纳米颗粒(1)的胶体悬浮体，所述第二相液体(20)包含极性溶剂(21)与第二配体(3)。所述第二配体包含至少一个表面结合头基，所述表面结合头基具有结合所述纳米颗粒的亲和力；和带离子电荷的尾基。所述第二配体置换所述第一配体以形成在所述第二相液体中由所述第二配体的壳封端的纳米颗粒的分散体。所述纳米颗粒可以与所述第二相液体分离。分离的纳米颗粒可以(再)分散在可印刷液体介质中，例如用于印刷光活性层。

技术领域和背景

本公开内容涉及(制造)具有胶体纳米颗粒(例如量子点)的油墨，特别是适用于沉积(例如印刷)活性层(例如用于光电装置的活性层)的油墨和组合物。

纳米颗粒、纳米晶体和/或量子点的胶体悬浮体应用广泛，包括用于制造电子装置如场效应晶体管(FET)，太阳能电池，发光FET，发光二极管，用于可见光、IR、X射线或γ辐射的光电探测器，光电晶体管，热电元件，辐射热计等。同样，量子点的水基分散体可用作生物应用的平台。连接基，例如量子点表面上的配体，允许例如使用量子点作为荧光标记制造各种生物分子的缀合物。

胶体量子点通常包括由于纳米颗粒体积内的电子的量子限制而具有离散能级的无机材料的纳米晶体。量子点可以以量子点的胶体溶液的形式合成，并且在纯化之后可以分散在非极性有机溶剂如己烷中。在胶体溶液中，各量子点被称为配体的长脂肪族分子封端。例如，这些配体可以包括油酸(OA)或油胺(OAm)，其通过羧基或胺基与量子点的表面结合。配体的脂肪族尾部确保这种量子点溶液的胶体稳定性，在量子点之间产生排斥力，抵消作用在接近另一颗粒的颗粒上的范德华力的吸引分量。这种稳定方式被称为胶体的空间稳定。然而，这种量子点溶液通常不太适合直接应用。例如，非极性溶剂可能与预期的生物应用不相容。此外，由这种量子点溶液沉积的膜通常显示出非常差的电子性质。克服该问题的一种方法包括使用相转移配体交换，这是将量子点表面上的配体用不同实体(例如，配体)取代的方法。典型地，该过程在溶液中进行。

作为背景技术，US6251303B1公开了制造水溶性荧光纳米晶体的方法。在该方法中，从悬浮液中分离带有非极性配体端部的荧光纳米晶体。通过在升高的温度下将分离的荧光纳米晶体暴露于包含30倍过量的所述前体配体的新溶液，将非极性配体交换为不同的前体配体。通过质子化前体配体可以在单独的步骤中使纳米晶体成为水溶性的。除了大量精细的制造过程之外，所公开方法的缺点还包括：在所形成的组合物中存在非极性配体和/或存在大量过量的未结合的前体配体；和/或由于其暴露于升高的温度的时长而可能的纳米晶体降解或团聚。

作为其它背景技术，Hak Soo Choi等人(Nature Biotechnology 25；1165-1170(2007))公开了一种配体交换过程，其可以提供用于生物应用的由半胱胺封端的CdSe/ZnS核-壳量子点。该过程使用基于水/氯仿的配体交换过程，其中水相提供有磷酸盐缓冲盐水缓冲液以溶解量子点。因此，形成的量子点悬浮体包含大量盐和/或大量过量的未结合配体，使得它们不太适合制造电子装置。

作为其它背景技术，Byung-Ryool Hyun等人(J.Phys.Chem.B 2007,111,20,5726-5730)公开了制造用于近红外荧光成像的水溶性铅盐量子点的多步方法。该方法使用大量过量的配体，并且包括QD的沉淀，随后的反应使得量子点是水溶性的。

作为其它背景技术，Noipa T等人(Spectrochim Acta A Mol BiomolSpectrosc.2014Jan 24；118:17-23)公开了制造用Fe³⁺修饰的半胱胺CdS量子点作为检测焦磷酸盐的荧光传感器的方法。使用一锅合成法直接用半胱胺配体合成CdS量子点。在合成期间，点不受益于长脂肪族配体的稳定作用。发现形成的点具有较低的质量，因此不太适合用于电子级量子点油墨。