硅?鍺合金量子點的合成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硅?鍺合金量子點的合成方法，先把甲苯和甲醇分別進行預處理，再進行硅?鍺合金量子點的合成，利用反應生成帶烷基的硅粒子溶解于正己烷中，將硅量子點轉移到有機溶劑相中，從而進一步去除雜質；根據需要應用的硅量子點粒徑，利用PVDF膜過濾，將需要的硅量子點與其它粒徑硅量子點及雜質進一步分離；操作方法簡便，所需設備簡單，反應條件溫和，成本較低，生產安全可靠，產品純度高，產率高，在光電信息傳輸、存貯、處理、運算和顯示等方面有應用價值。
【專利說明】
娃-鍺合金量子點的合成方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種硅-鍺合金量子點的合成方法，屬于材料領域。
【背景技術】
[0002]硅基光子學工藝已經日益發(fā)展成為一門成熟的技術，在硅基探測器、太陽能電池等方面得到了廣泛的應用和發(fā)展。尤其近年來鍺硅低維量子結構在探測和發(fā)光領域的應用日益引起廣泛的關注，由于鍺材料的載流子迀移率遠大于硅，且較窄的帶隙使得鍺比硅有更優(yōu)異的光學特性，使得硅基鍺量子點的研究引起了更多重視。此外，理論和實驗表明，高密度、排列有序和均勻的鍺量子點對于后期的器件特性有著重要意義。
[0003]現有技術中制備的娃量子點或娃鍺核殼結構量子點產量很低，氧化程度很高。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種硅-鍺合金量子點的合成方法，制得的硅納米顆粒產量很高，氧化程度很低，具有很大的實用價值。
[0005]—種硅-鍺合金量子點的合成方法，具體步驟為:
[0006](I)將I.5g金屬鈉，放入裝有50ml甲苯的圓底燒瓶中，并加入0.04-0.06g二苯甲酮作指示劑，在120°C Ar氣氛下加熱回流至體系變?yōu)樽仙蛏钏{色，蒸出收集甲苯、密封、瓶內充Ar保護氣體，備用；
[0007](2)在三頸瓶中加入10ml甲醇，通入Ar氣體保護，再添加0.5g鎂肩進行反應，反應停止后，在Ar氣氛下75-80 °C加熱回流2_3h，然后蒸出收集甲醇、密封、瓶內充Ar保護氣體，備用;
[0008](3)把(I)步驟得到的甲苯用針管轉移至三頸瓶中，加液氮冷凍-真空抽氣三次循環(huán)；
[0009](4)將(3)步驟得到的裝有甲苯的三頸瓶，(2)步驟得到的裝有甲醇的三頸瓶轉移至手套箱中；
[0010](5)用針管向三頸瓶中的甲苯中加入0.003mol SiCl4和0.0003mol GeCl4,攪拌60分鐘再加入0.5ml SiCl3-Cl2Ife或GeCl3-C2H5，攪拌60分鐘；
[0011](6)在裝有甲苯的三頸瓶兩側橡膠塞中插入枕頭，用來排氣，用針管按0.lml/min的速度加入25ml的氫化鋁鋰的四氫呋喃溶液，LiAlH4的濃度為lmol/L，之后攪拌180分鐘，看到生成黑色顆粒；
[0012 ] (7)繼續(xù)在裝有甲苯的三頸瓶中加入(2)步驟得到的甲醇，攪拌8小時，有白色固體生成，形成懸濁液；
[0013](8)將三頸瓶用橡皮塞封口，拿出手套箱，用旋轉蒸發(fā)法將溶劑蒸干，待冷卻至室溫后，加入正己烷，振蕩以溶解黑色顆粒，得到正己烷溶液；
[0014](9)將正己烷溶液用0.22μπι的PVDF膜真空抽濾，得到淺黃色或黃色的正己烷溶液；
[0015](10)用波長下限為320nm的紫外燈照正己烷溶液，看到藍色熒光；
[0016](11)光學觀察看到藍光后，將正己烷溶液反復滴在不含41，3丨，0，1^，(:1元素的基片上，作XPS表征，確定硅的化學狀態(tài)，同時確定溶液中的元素成分，如果XPS確定是非氧化態(tài)的硅，則做TEM表征，觀察硅粒子；
[0017](12)將正己烷溶液在真空烘箱中60°C干燥一晚，得到黃色的膠狀物質；
[0018](13)將膠狀物質在Ar氣氛中，90°C燒結3小時，使硅表面的碳基發(fā)生碳化，得到碳包覆的硅納米顆粒。
[0019]本發(fā)明的技術效果是:
[0020]1、利用反應生成帶烷基的硅粒子溶解于正己烷中，將硅量子點轉移到有機溶劑相中，從而進一步去除雜質；2、根據需要應用的硅量子點粒徑，利用PVDF膜過濾，將需要的硅量子點與其它粒徑硅量子點及雜質進一步分離;3、操作方法簡便，所需設備簡單，反應條件溫和，成本較低，生產安全可靠，產品純度高，產率高，在光電信息傳輸、存貯、處理、運算和顯示等方面有應用價值。
【具體實施方式】
[0021 ]下面通過實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0022]實施例1:
[0023]—種硅-鍺合金量子點的合成方法，具體步驟為:
[0024](I)將1.5g金屬鈉，放入裝有50ml甲苯的圓底燒瓶中，并加入0.04g二苯甲酮作指示劑，在120°C Ar氣氛下加熱回流至體系變?yōu)樽仙蛏钏{色，蒸出收集甲苯、密封、瓶內充Ar保護氣體，備用；
[0025](2)在三頸瓶中加入10ml甲醇，通入Ar氣體保護，再添加0.5g鎂肩進行反應，反應停止后，在Ar氣氛下75°C加熱回流2h，然后蒸出收集甲醇、密封、瓶內充Ar保護氣體，備用；
[0026](3)把(I)步驟得到的甲苯用針管轉移至三頸瓶中，加液氮冷凍-真空抽氣三次循環(huán)；
[0027](4)將(3)步驟得到的裝有甲苯的三頸瓶，(2)步驟得到的裝有甲醇的三頸瓶轉移至手套箱中；
[0028](5)用針管向三頸瓶中的甲苯中加入0.003mol SiCl4和0.0003mol GeCl4,攪拌60分鐘再加入0.5ml SiCl3-Cl2H25，攪拌60分鐘；
[0029](6)在裝有甲苯的三頸瓶兩側橡膠塞中插入枕頭，用來排氣，用針管按0.lml/min的速度加入25ml的LiAlHdn THF，LiAlH4的濃度為lmol/L，之后攪拌180分鐘，看到生成黑色顆粒；
[0030](7)繼續(xù)在裝有甲苯的三頸瓶中加入(2)步驟得到的甲醇，攪拌8小時，有白色固體生成，形成懸濁液；
[0031](8)將三頸瓶用橡皮塞封口，拿出手套箱，用旋轉蒸發(fā)法將溶劑蒸干，待冷卻至室溫后，加入正己烷，振蕩以溶解黑色顆粒，得到正己烷溶液；
[0032](9)將正己烷溶液用0.22μπι的PVDF膜真空抽濾，得到淺黃色或黃色的正己烷溶液；[0033 ] (1)用波長下限為320nm的紫外燈照正己烷溶液，看到藍色熒光；
[0034](11)光學觀察看到藍光后，將正己烷溶液反復滴在不含Al，Si，0，Li ,Cl元素的基片上，作XPS表征，確定硅的化學狀態(tài)，同時確定溶液中的元素成分，如果XPS確定是非氧化態(tài)的硅，則做TEM表征，觀察硅粒子；
[0035](12)將正己烷溶液在真空烘箱中60°C干燥一晚，得到黃色的膠狀物質；
[0036](13)將膠狀物質在Ar氣氛中，90°C燒結3小時，使硅表面的碳基發(fā)生碳化，得到碳包覆的硅納米顆粒。
[0037]實施例2:
[0038]—種硅-鍺合金量子點的合成方法，具體步驟為:
[0039](I)將1.5g金屬鈉，放入裝有50ml甲苯的圓底燒瓶中，并加入0.05g二苯甲酮作指示劑，在120°C Ar氣氛下加熱回流至體系變?yōu)樽仙蛏钏{色，蒸出收集甲苯、密封、瓶內充Ar保護氣體，備用；
[0040](2)在三頸瓶中加入10ml甲醇，通入Ar氣體保護，再添加0.5g鎂肩進行反應，反應停止后，在Ar氣氛下78°C加熱回流2.5h，然后蒸出收集甲醇、密封、瓶內充AH呆護氣體，備用；
[0041](3)把(I)步驟得到的甲苯用針管轉移至三頸瓶中，加液氮冷凍-真空抽氣三次循環(huán)；
[0042](4)將(3)步驟得到的裝有甲苯的三頸瓶，(2)步驟得到的裝有甲醇的三頸瓶轉移至手套箱中；
[0043](5)用針管向三頸瓶中的甲苯中加入0.003mol SiCl4和0.0003mol GeCl4,攪拌60分鐘再加入0.5ml GeCl3-C2H5，攪拌60分鐘；
[0044](6)在裝有甲苯的三頸瓶兩側橡膠塞中插入枕頭，用來排氣，用針管按0.lml/min的速度加入25ml的LiAlHdn THF，LiAlH4的濃度為lmol/L，之后攪拌180分鐘，看到生成黑色顆粒；
[0045](7)繼續(xù)在裝有甲苯的三頸瓶中加入(2)步驟得到的甲醇，攪拌8小時，有白色固體生成，形成懸濁液；
[0046](8)將三頸瓶用橡皮塞封口，拿出手套箱，用旋轉蒸發(fā)法將溶劑蒸干，待冷卻至室溫后，加入正己烷，振蕩以溶解黑色顆粒，得到正己烷溶液；
[0047](9)將正己烷溶液用0.22μπι的PVDF膜真空抽濾，得到淺黃色或黃色的正己烷溶液；
[0048](10)用波長下限為320nm的紫外燈照正己烷溶液，看到藍色熒光；
[0049](11)光學觀察看到藍光后，將正己烷溶液反復滴在不含Al，Si，0，Li ,Cl元素的基片上，作XPS表征，確定硅的化學狀態(tài)，同時確定溶液中的元素成分，如果XPS確定是非氧化態(tài)的硅，則做TEM表征，觀察硅粒子；
[0050](12)將正己烷溶液在真空烘箱中60°C干燥一晚，得到黃色的膠狀物質；
[0051 ] (13)將膠狀物質在Ar氣氛中，90°C燒結3小時，使硅表面的碳基發(fā)生碳化，得到碳包覆的硅納米顆粒。
[0052]實施例3:
[0053]一種硅-鍺合金量子點的合成方法，具體步驟為:
[0054](I)將1.5g金屬鈉，放入裝有50ml甲苯的圓底燒瓶中，并加入0.06g二苯甲酮作指示劑，在120°C Ar氣氛下加熱回流至體系變?yōu)樽仙蛏钏{色，蒸出收集甲苯、密封、瓶內充Ar保護氣體，備用；
[0055](2)在三頸瓶中加入10ml甲醇，通入Ar氣體保護，再添加0.5g鎂肩進行反應，反應停止后，在Ar氣氛下80°C加熱回流3h，然后蒸出收集甲醇、密封、瓶內充Ar保護氣體，備用；
[0056](3)把(I)步驟得到的甲苯用針管轉移至三頸瓶中，加液氮冷凍-真空抽氣三次循環(huán)；
[0057](4)將(3)步驟得到的裝有甲苯的三頸瓶，(2)步驟得到的裝有甲醇的三頸瓶轉移至手套箱中；
[0058](5)用針管向三頸瓶中的甲苯中加入0.003mol SiCl4和0.0003mol GeCl4,攪拌60分鐘再加入0.SmlGeCl3-C2H5，攪拌60分鐘；
[0059](6)在裝有甲苯的三頸瓶兩側橡膠塞中插入枕頭，用來排氣，用針管按0.lml/min的速度加入25ml的LiAlHdn THF，LiAlH4的濃度為lmol/L，之后攪拌180分鐘，看到生成黑色顆粒；
[0060](7)繼續(xù)在裝有甲苯的三頸瓶中加入(2)步驟得到的甲醇，攪拌8小時，有白色固體生成，形成懸濁液；
[0061](8)將三頸瓶用橡皮塞封口，拿出手套箱，用旋轉蒸發(fā)法將溶劑蒸干，待冷卻至室溫后，加入正己烷，振蕩以溶解黑色顆粒，得到正己烷溶液；
[0062](9)將正己烷溶液用0.22μπι的PVDF膜真空抽濾，得到淺黃色或黃色的正己烷溶液；[0063 ] (1)用波長下限為320nm的紫外燈照正己烷溶液，看到藍色熒光；
[0064](11)光學觀察看到藍光后，將正己烷溶液反復滴在不含Al，Si，0，Li ,Cl元素的基片上，作XPS表征，確定硅的化學狀態(tài)，同時確定溶液中的元素成分，如果XPS確定是非氧化態(tài)的硅，則做TEM表征，觀察硅粒子；
[0065](12)將正己烷溶液在真空烘箱中60°C干燥一晚，得到黃色的膠狀物質；
[0066](13)將膠狀物質在Ar氣氛中，90°C燒結3小時，使硅表面的碳基發(fā)生碳化，得到碳包覆的硅納米顆粒。
【主權項】
1.一種硅-鍺合金量子點的合成方法，其特征為:具體步驟為: (1)將1.5g金屬鈉，放入裝有50ml甲苯的圓底燒瓶中，并加入0.04-0.06g二苯甲酮作指示劑，在120°C Ar氣氛下加熱回流至體系變?yōu)樽仙蛏钏{色，蒸出收集甲苯、密封、瓶內充Ar保護氣體，備用； (2)在三頸瓶中加入10ml甲醇，通入Ar氣體保護，再添加0.5g鎂肩進行反應，反應停止后，在Ar氣氛下75-80°C加熱回流2-3h，然后蒸出收集甲醇、密封、瓶內充Ar保護氣體，備用； (3)把(I)步驟得到的甲苯用針管轉移至三頸瓶中，加液氮冷凍-真空抽氣三次循環(huán)； (4)將(3)步驟得到的裝有甲苯的三頸瓶，(2)步驟得到的裝有甲醇的三頸瓶轉移至手套箱中； (5)用針管向三頸瓶中的甲苯中加入0.003molSiCl4和0.0003mol GeCl4,攪拌60分鐘再加入0.5ml SiCl3-Cl2H25或GeCl3-C2H5，攪拌60分鐘； (6)在裝有甲苯的三頸瓶兩側橡膠塞中插入枕頭，用來排氣，用針管按0.lml/min的速度加入25ml的氫化鋁鋰的四氫呋喃溶液，LiAlH4的濃度為lmol/L，之后攪拌180分鐘，看到生成黑色顆粒； (7)繼續(xù)在裝有甲苯的三頸瓶中加入(2)步驟得到的甲醇，攪拌8小時，有白色固體生成，形成懸濁液； (8)將三頸瓶用橡皮塞封口，拿出手套箱，用旋轉蒸發(fā)法將溶劑蒸干，待冷卻至室溫后，加入正己烷，振蕩以溶解黑色顆粒，得到正己烷溶液； (9)將正己烷溶液用0.22μπι的PVDF膜真空抽濾，得到淺黃色或黃色的正己烷溶液； (10)用波長下限為320nm的紫外燈照正己烷溶液，看到藍色熒光； (11)光學觀察看到藍光后，將正己烷溶液反復滴在不含Al，Si，0，Li,Cl元素的基片上，作XPS表征，確定硅的化學狀態(tài)，同時確定溶液中的元素成分，如果XPS確定是非氧化態(tài)的硅，則做TEM表征，觀察硅粒子； (12)將正己烷溶液在真空烘箱中60°C干燥一晚，得到黃色的膠狀物質； (13)將膠狀物質在Ar氣氛中，90°C燒結3小時，使硅表面的碳基發(fā)生碳化，得到碳包覆的娃納米顆粒。
【文檔編號】B82Y30/00GK106085427SQ201610458805
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】謝宇, 宋健華, 吳勇民, 凌云
【申請人】南昌航空大學