[发明专利]一种铝掺杂半导体量子棒及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种铝掺杂半导体量子棒及其制备方法和用途，所述铝掺杂半导体量子棒具有核壳结构，核为CdSe、CdTe、CdS、ZnSe、CdTe、CuInS、InP、CuZnSe或ZnMnSe中的任意一种或至少两种的混合物，壳层为Al掺杂的壳基材，所述壳基材为CdS、ZnO、ZnS、ZnSe或ZnTe中的任意一种或至少两种的混合物。本发明不改变核材料的结构和组成，而是铝原子融入量子棒壳材料的晶格中，在量子棒表面形成一层钝化层，提高量子棒的光稳定性，不仅稳定性更高，而且不易引起猝灭。

技术领域

本发明涉及发光材料技术领域，尤其涉及一种铝掺杂半导体量子棒及其制备方法和用途。

背景技术

半导体量子棒是一种直径在10nm以下而长度在10～100nm的纳米晶体材料。因其较小的尺寸而产生的量子效应使量子棒具有的独特的光电性质，如荧光特性。与半导体量子点类似，量子棒的荧光发射波长和量子效率可以通过改变量子棒本身的尺寸或组成成分来调控。比起传统的有机发光材料，量子棒的荧光半峰宽窄、对称性高，具有较长的荧光寿命，抗光漂白；另外，量子棒的长形形态使得其具有量子点不具备的发射偏振光的特性，因此近年来吸引了广泛的研究关注。

目前关于量子点的合成研究有很多，但对量子棒的合成研究相对较少。这是因为量子棒的形成需要晶体沿一定轴向生长并保持量子尺寸效应，对反应控制，配方选择都要求较高，从而使得量子棒的制备比量子点更有难度。

CN104134731A与CN106283398A分别公布了一种短波长和长波长发射量子棒的制备方法，均是在高温下，通过采用一定的配方使得锌化合物或镉化合物核心上沿一定轴向生长出硫化锌、硫化镉等半导体壳层，最后达到生成量子棒的目的。

尽管通过上述方法可以获得良好荧光性能的量子棒晶体，但一般量子棒在长时间光激发下会产生荧光强度下降，半峰宽变宽，峰位移动等问题，限制了其在光电领域的应用。因此，如何获得稳定性能更好的量子棒成了目前研究的重要课题之一。

发明内容

鉴于现有制备量子棒技术中存在的操作温度高，反应较难控制，且生成的量子棒稳定性不佳等问题，本发明的目的之一在于提供一种温和、可控性高的量子棒制备方法，制备出更高光稳定性的量子棒。

为达此目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种铝掺杂半导体量子棒，所述铝掺杂半导体量子棒具有核壳结构，核为CdSe、CdTe、CdS、ZnSe、CdTe、CuInS、InP、CuZnSe或ZnMnSe中任意一种或至少两种的混合物，所述混合物典型但非限制性实例有：CdSe和CdTe的混合物，CdS和ZnSe的混合物，CdTe和CuInS的混合物，InP和CuZnSe的混合物，CuZnSe和ZnMnSe的混合物，CdSe、CdTe和CdS的混合物，ZnSe、CdTe和CuInS的混合物，InP、CuZnSe和ZnMnSe的混合物，CdSe、CdTe、CdS、ZnSe和CdTe的混合物等，壳层为Al掺杂的壳基材，所述壳基材为CdS、ZnO、ZnS、ZnSe或ZnTe中任意一种或至少两种的混合物，所述混合物典型但非限制性实例有：CdS和ZnO的混合物，ZnS和ZnSe的混合物，ZnSe和ZnTe的混合物，CdS、ZnO和ZnS的混合物，CdS、ZnO、ZnS、ZnSe和ZnTe的混合物等。

现有技术中直接在核材料上掺杂铝的方法也能一定程度上提高其光稳定性，但光催化效率的稳定与荧光效率的稳定性是完全不同的技术问题。如图1所示，本发明不改变核材料的结构和组成，而是铝原子融入量子棒壳材料的晶格中，在量子棒表面形成一层钝化层，提高量子棒的光稳定性，不仅稳定性更高，而且不易引起猝灭。

优选地，所述核材料为CdSe。

优选地，所述壳材料为CdS。

第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的铝掺杂半导体量子棒的制备方法，包括如下步骤：