本發(fā)明涉及一種發(fā)光功能材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有窄粒徑分布的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃及其制備方法。

背景技術(shù)：

近幾十年來量子點(diǎn)材料由于其三維尺寸小于其激子玻爾半徑，使其具有量子限域效應(yīng)、尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)等特點(diǎn)，進(jìn)而展現(xiàn)出許多不同于塊體材料獨(dú)特的光學(xué)特性和物理性能。

而pbs塊體材料的帶隙能較小0.41ev，激子玻爾半徑較大約20nm，從而使pbs量子點(diǎn)的量子限域效應(yīng)更明顯，帶隙可調(diào)范圍較大，可以實(shí)現(xiàn)吸收光譜和發(fā)光光譜在近紅外到中紅外波段的調(diào)節(jié)，使其在紅外探測(cè)和近紅外熒光領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。

目前量子點(diǎn)的制備方法有很多，主要有溶膠凝膠法、化學(xué)合成法和熔融法等。由于量子點(diǎn)表面容易發(fā)生表面氧化導(dǎo)致光學(xué)性能下降，量子點(diǎn)易團(tuán)簇，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較差等原因，化學(xué)法制備的量子點(diǎn)經(jīng)常需要在量子點(diǎn)表面進(jìn)行一些保護(hù)措施，如有機(jī)鈍化層或者殼層來進(jìn)行隔離，從而使其很難實(shí)現(xiàn)較寬范圍的應(yīng)用。而玻璃作為一種穩(wěn)定的無機(jī)網(wǎng)絡(luò)體，使用熔融法在玻璃基質(zhì)中析出量子點(diǎn)能夠?yàn)槠涮峁o機(jī)環(huán)境，防止外部環(huán)境對(duì)其造成影響，使其具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，且易于制備，價(jià)格低廉，從而可以作為量子點(diǎn)的良好載體。但是，在玻璃中制備出的量子點(diǎn)也具有一些缺點(diǎn)，如量子點(diǎn)不易調(diào)控，且量子點(diǎn)粒徑分布較寬等，進(jìn)而很大的制約了量子點(diǎn)摻雜玻璃的應(yīng)用和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種窄粒徑分布的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃及其制備方法，該量子點(diǎn)玻璃具有可在近紅外到中紅外波段調(diào)節(jié)吸收和發(fā)光光譜，并具有較小的半高全寬。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

根據(jù)玻璃基質(zhì)中半導(dǎo)體化合物過飽和溶解度調(diào)控機(jī)理，采用不同的形式引入s與pb的前驅(qū)體，調(diào)控玻璃基質(zhì)中s與pb的摻雜濃度，實(shí)現(xiàn)玻璃基質(zhì)中窄粒徑分布的pbs量子點(diǎn)的可控制備，實(shí)現(xiàn)pbs量子點(diǎn)在玻璃基質(zhì)中的粒徑調(diào)控與紅外可調(diào)窄帶熒光。所述熱處理制度中溫度和時(shí)間的調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)的尺寸改變，從而調(diào)控其吸收和發(fā)光光譜位置。通過吸收譜和發(fā)光譜的半高全寬可以發(fā)現(xiàn)其粒徑分布基本在4.91％至12.37％范圍內(nèi)，同時(shí)量子點(diǎn)半徑大小在1.27nm至7.01nm范圍內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)從600-2400納米的吸收光譜和發(fā)光光譜的調(diào)節(jié)。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)組分和熱處理制度來得到粒徑分布窄的量子點(diǎn)摻雜玻璃，并得到較寬的吸收和發(fā)光光譜調(diào)控范圍。

本發(fā)明的有益效果在于：1、本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，使用常見的原料和熔融及退火處理即可在玻璃基體中析出粒徑分布較窄的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃；2、本發(fā)明制備的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃中量子點(diǎn)熱穩(wěn)定性較好，具有較強(qiáng)的發(fā)光性能；3、本發(fā)明制備的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃中量子點(diǎn)粒徑分布在4.91％至12.37％范圍內(nèi)；4、本發(fā)明制備的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃，其量子點(diǎn)半徑大小在1.27nm至7.01nm范圍內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)在600-2400納米范圍內(nèi)的吸收光譜和發(fā)光光譜的調(diào)節(jié)，可以作為紅外窄光譜光源使用；5、本發(fā)明所涉及的玻璃基體中pbs量子點(diǎn)窄粒徑分布的制備方法在促進(jìn)量子點(diǎn)摻雜玻璃的應(yīng)用方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的窄粒徑分布的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃的透射電鏡(tem)照片；

圖2-3分別為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的窄粒徑分布的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃的吸收和發(fā)光光譜；

圖4-5分別為本發(fā)明實(shí)施例2所制備的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃的吸收光譜和發(fā)光光譜；

圖6-7分別為本發(fā)明實(shí)施例3所制備的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃的吸收光譜和發(fā)光光譜；

圖8-9分別為本發(fā)明實(shí)施例4所制備的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃的吸收光譜和發(fā)光光譜；

圖10-11分別為本發(fā)明實(shí)施例5所制備的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃的吸收光譜和發(fā)光光譜；

圖12-13分別為本發(fā)明實(shí)施例6所制備的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃的吸收光譜和發(fā)光光譜。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。

實(shí)施例1

制備窄粒徑分布的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃，方法如下：

1)制備玻璃基體：按照摩爾百分比為50sio2-25na2o-5al2o3-7.2zno-10cao-2zns-0.8pbo稱量原料并混合均勻后，于1400℃高溫爐中熔融后成形，并退火以消除應(yīng)力。

2)制備出pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃；將步驟1)所得玻璃分別在520℃、530℃、540℃、550℃和560℃的溫度下熱處理10h，從而在玻璃基質(zhì)中制備出平均粒徑分別為1.87nm、2.28nm、3.20nm、4.01nm和4.66nm的pbs量子點(diǎn)，其粒徑分布分別為7.30％、6.03％、4.91％、5.42％和6.88％。以1.87nm，粒徑分布7.30％為例，其粒徑大小在1.87±(1.87*7.30％)＝1.73nm-2.01nm范圍內(nèi)。

經(jīng)測(cè)試，本實(shí)施例所制備窄粒徑分布pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃的吸收峰中心波長(zhǎng)分別為962nm、1142nm、1499nm、1758nm和1927nm，其熒光峰中心波長(zhǎng)分別為1104nm、1270nm、1532nm、1773nm和1956nm，熒光峰半高寬分別為153nm、114nm、185nm、213nm和220nm。

本實(shí)施例所制備的窄粒徑分布的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃中確有量子點(diǎn)析出，且具有較強(qiáng)的吸收系數(shù)，在800納米激光激發(fā)下具有良好的發(fā)光性能。

如圖1所示為本實(shí)施例所制備的窄粒徑分布的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃的tem照片，從中可以看出本實(shí)施例量子點(diǎn)在玻璃基質(zhì)中的均勻析出。

圖2所示為本實(shí)施例所制備的窄粒徑分布的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃的不同溫度熱處理下的吸收光譜圖，從圖中可以看到未熱處理樣品沒有明顯吸收峰，熱處理后有明顯的吸收峰出現(xiàn)，且可實(shí)現(xiàn)在1000-1900納米近紅外波段調(diào)節(jié)，且隨熱處理溫度的升高，其吸收峰向長(zhǎng)波段移動(dòng)。

圖3所示為本實(shí)施例所制備的窄粒徑分布的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃的熒光光譜圖，其發(fā)光峰位置可以實(shí)現(xiàn)在1100-2000納米的近紅外區(qū)域移動(dòng)，且半高全寬基本在200nm左右，發(fā)光峰位置隨熱處理溫度的升高而發(fā)生紅移。

實(shí)施例2

制備窄粒徑分布的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃，方法如下：

1)制備玻璃基體：按照摩爾百分比為52sio2-20na2o-7al2o3-6.4zno-11cao-3zns-0.6pbo，稱量原料并混合均勻后，于1400℃高溫爐中熔融后成形，并退火以消除應(yīng)力。

2)制備出pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃；將步驟1)所得玻璃分別在510℃、520℃、530℃、540℃、550℃和560℃的溫度下熱處理10h，從而在玻璃基質(zhì)中制備出平均粒徑分別為1.34nm、1.49nm、2.16nm、2.40nm、3.10nm和4.02nm的pbs量子點(diǎn)，其粒徑分布分別為10.18％、10.05％、6.86％、5.89％、6.19％和7.18％。

經(jīng)測(cè)試，本實(shí)施例所制備窄粒徑分布pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃的吸收峰中心波長(zhǎng)分別為703nm、787nm、1079nm、1179nm、1459nm和1752nm,其熒光峰中心波長(zhǎng)分別為965nm、1016nm、1246nm、1303nm、1538nm和1756nm，熒光峰半高寬分別為177nm、167nm、135nm、136nm、177nm和215nm。

如圖4-5所示分別為本實(shí)施例所制備的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃在不同溫度熱處理?xiàng)l件下的吸收光譜和發(fā)光光譜圖。可以看到在未進(jìn)行熱處理時(shí)樣品沒有明顯吸收峰，而在進(jìn)行熱處理后，較窄的吸收峰出現(xiàn)，且隨熱處理溫度的升高，吸收峰和發(fā)光峰都向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，發(fā)光峰的半高全寬基本小于200nm，覆蓋了1000-1800納米的近紅外波段范圍。

實(shí)施例3

制備窄粒徑分布的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃，方法如下：

1)制備玻璃基體：按照摩爾百分比為50sio2-22na2o-6al2o3-5.8zno-12cao-4zns-0.2pbo)，稱量原料并混合均勻后，于1400℃高溫爐中熔融后成形，并退火以消除應(yīng)力。

2)制備出pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃；將步驟1)所得玻璃基體分別在500℃、510℃、520℃、530℃、540℃、550℃和560℃的溫度下熱處理10h，從而在玻璃基質(zhì)中制備出平均粒徑分別為1.40nm、1.52nm、1.74nm、2.07nm、3.12nm、4.12nm和5.88nm的pbs量子點(diǎn)，其粒徑分布分別為8.66％、7.75％、7.87％、7.87％、5.49％、5.12％和6.38％。

經(jīng)測(cè)試，本實(shí)施例所制備窄粒徑分布pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃的吸收峰中心波長(zhǎng)分別為731nm、785nm、900nm、1062nm、1481nm、1796nm和2200nm,其熒光峰中心波長(zhǎng)分別為952nm、989nm、1071nm、1195nm、1533nm、1756nm和2182nm，熒光峰半高寬分別為175nm、169nm、149nm、147nm、152nm、166nm和220nm。

如圖6-7所示分別為本實(shí)施例所制備的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃在不同溫度熱處理?xiàng)l件下的吸收光譜和發(fā)光光譜圖?？梢园l(fā)現(xiàn)熱處理后吸收峰出現(xiàn)，表明量子點(diǎn)的析出，且隨熱處理溫度的升高，吸收峰可以在700-2200nm的近紅外波段移動(dòng)，發(fā)光峰位置從1000nm移動(dòng)到2200nm，實(shí)現(xiàn)了較大范圍的發(fā)光調(diào)節(jié)，且發(fā)光峰半高全寬基本小于200nm，也證實(shí)了量子點(diǎn)的粒徑分布較窄。

實(shí)施例4

制備窄粒徑分布的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃，方法如下：

1)制備玻璃基體：按照摩爾百分比為50sio2-25na2o-5al2o3-5.8zno-10sro-4zns-0.2pbo)，稱量原料并混合均勻后，于1400℃高溫爐中熔融后成形，并退火以消除應(yīng)力。

2)制備出pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃；將步驟1)所得玻璃基體分別在500℃、510℃、520℃、530℃和540℃的溫度下熱處理10h，從而在玻璃基質(zhì)中制備出平均粒徑分別為1.53nm、2.20nm、3.10nm、3.75nm和5.28nm的pbs量子點(diǎn)，其粒徑分布分別為12.37％、6.15％、5.10％、5.91％和6.09％。

經(jīng)測(cè)試，本實(shí)施例所制備窄粒徑分布pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃的吸收峰中心波長(zhǎng)分別為867nm、1095nm、1459nm、1688nm和2072nm,其熒光峰中心波長(zhǎng)分別為1040nm、1209nm、1505nm、1680nm和2024nm，熒光峰半高寬分別為157nm、149nm、200nm、251nm和218nm。

如圖8-9所示分別為本實(shí)施例所制備的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃在不同溫度熱處理?xiàng)l件下的吸收光譜和發(fā)光光譜圖。隨熱處理溫度的升高，吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，覆蓋了800-2100納米的近紅外波段，其發(fā)光光譜覆蓋了1000-2000納米的范圍，且半光全寬在200nm左右。

實(shí)施例5

制備窄粒徑分布的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃，方法如下：

1)制備玻璃基體：按照摩爾百分比為52sio2-20na2o-7al2o3-5.8zno-11sro-4zns-0.2pbo)，稱量原料并混合均勻后，于1400℃高溫爐中熔融后成形，并退火以消除應(yīng)力。

2)制備出pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃；將步驟1)所得玻璃基體分別在500℃、510℃、520℃、530℃、540℃、550℃和560℃的溫度下熱處理10h，從而在玻璃基質(zhì)中制備出平均粒徑分別為1.64nm、1.95nm、2.39nm、3.27nm、3.53nm、4.32nm和5.19nm的pbs量子點(diǎn)，其粒徑分布分別為6.89％、6.93％、6.00％、5.65％、5.53％、6.86％和7.57％。

經(jīng)測(cè)試，本實(shí)施例所制備窄粒徑分布pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃的吸收峰中心波長(zhǎng)分別為839nm、986nm、1184nm、1525nm、1607nm、1831nm和2014nm,其熒光峰中心波長(zhǎng)分別為1011nm、1141nm、1285nm、1643nm、1671nm、1948nm和1962nm，熒光峰半高寬分別為160nm、144nm、130nm、116nm、209nm、167nm和339nm。

如圖10-11所示分別為本實(shí)施例所制備的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃在不同溫度熱處理?xiàng)l件下的吸收光譜和發(fā)光光譜圖。隨熱處理溫度的升高，吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，覆蓋了700-2000納米的近紅外波段，而發(fā)光光譜覆蓋了1000-2000納米波段，且較吸收峰向長(zhǎng)波方向有一定移動(dòng)。

實(shí)施例6

制備窄粒徑分布的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃，方法如下：

1)制備玻璃基體：按照摩爾百分比為50sio2-22na2o-6al2o3-5.8zno-12sro-4zns-0.2pbo)，稱量原料并混合均勻后，于1400℃高溫爐中熔融后成形，并退火以消除應(yīng)力。

2)制備出pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃；將步驟1)所得玻璃基體分別在500℃、510℃、520℃、530℃和540℃的溫度下熱處理10h，從而在玻璃基質(zhì)中制備出平均粒徑分別為1.69nm、2.11nm、2.57nm、3.39nm和4.78nm的pbs量子點(diǎn)，其粒徑分布分別為7.82％、7.20％、6.27％、5.42％和5.37％。

經(jīng)測(cè)試，本實(shí)施例所制備窄粒徑分布pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃的吸收峰中心波長(zhǎng)分別為875nm、1078nm、1265nm、1581nm和1966nm,其熒光峰中心波長(zhǎng)分別為1046nm、1203nm、1315nm、1619nm和1987nm，熒光峰半高寬分別為160nm、152nm、181nm、176nm和171nm。

如圖12-13所示分別為本實(shí)施例所制備的pbs量子點(diǎn)摻雜玻璃在不同溫度熱處理?xiàng)l件下的吸收光譜和發(fā)光光譜圖。隨熱處理溫度的升高，吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，覆蓋了800-2000納米的近紅外波段，而發(fā)光光譜覆蓋范圍則為1000-2000納米波段，且較吸收峰位置發(fā)生了斯托克斯位移。