專利名稱：合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料的方法及其合成系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米晶體材料的制備方法與裝置，更具體的說，它涉及一種合成CdTe(碲化鎘)半導(dǎo)體熒光納米晶體材料的方法。本發(fā)明還涉及實(shí)現(xiàn)這種方法的一種合成系統(tǒng)背景技術(shù)CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料是一種具有重要應(yīng)用價(jià)值的半導(dǎo)體材料。由于CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料具有特殊的光譜學(xué)性質(zhì)，近年來激發(fā)了許多研究人員的研究興趣，尤其是在生命科學(xué)領(lǐng)域。CdTe納米晶體材料由于其特殊的光電性質(zhì)，廣泛地應(yīng)用于生物，材料和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
目前合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料的方法很多，但質(zhì)量最高的合成方法為有機(jī)金屬法，這種方法合成出的CdTe納米晶體材料具有較高的量子效率和較好的光譜學(xué)性質(zhì)，但是在水溶液中溶解性和穩(wěn)定性卻比較差，必須經(jīng)過復(fù)雜的后處理才能應(yīng)用于生物分析，該合成工藝復(fù)雜，條件要求苛刻，并且毒性很大，對(duì)操作人員的身體危害性大，很難大批量地合成，無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。目前也有一些水相合成的方法，較有機(jī)金屬法相比，毒性和危害都在一定程度上降低，但還是需要外加的熱源(≥100℃)或者輻射加快CdTe納米晶體生長，并且合成的CdTe納米晶體材料質(zhì)量有待提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，提供一種綠色、簡易、可控、不需要任何外加能量和不使用揮發(fā)性溶劑，對(duì)操作人員身體基本無危害的合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料的方法。本發(fā)明還提供一種實(shí)現(xiàn)這種方法的合成系統(tǒng)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明在合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料的方法方面采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。它包括按下列順序的步驟1)將碲粉與還原劑NaBH4放入三頸燒瓶中，并通過三頸燒瓶正上方的加料管通進(jìn)高純氬氣，排空三頸燒瓶內(nèi)的空氣，在室溫下磁力攪拌裝置進(jìn)行攪拌，碲粉與還原劑NaBH4發(fā)生反應(yīng)，形成淡紅色的含有NaHTe透明液體，得到穩(wěn)定的碲源。
2)將水溶性的鎘鹽、分散劑與水放入安裝在三頸燒瓶右上側(cè)恒壓漏斗中，通過恒壓漏斗正上方插入的導(dǎo)氣管通進(jìn)高純氬氣，脫去溶液中含有的氧氣，在水中溶解的鎘鹽和分散劑，調(diào)至堿性，pH值為設(shè)定值，得到穩(wěn)定的鎘源。
3)將100ml引發(fā)劑水合肼放入安裝在三頸燒瓶左上側(cè)漏斗中。
4)打開右側(cè)卸料閥門，緩慢地將鎘源溶液滴加至完畢，關(guān)閉右側(cè)卸料閥門，常溫下得到CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的晶核水溶液。
5)打開控制漏斗開閉的卸料閥門，加入半導(dǎo)體熒光納米晶體生長的引發(fā)劑水合肼，在紫色光的激發(fā)下，用小型光纖全譜儀實(shí)時(shí)監(jiān)測CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的生長情況。
6)當(dāng)CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長到目標(biāo)值時(shí)，通過三頸燒瓶的加料管加入終止劑正己醇，終止CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的生長，得到想要的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體。
7)采用高速離心機(jī)除去引發(fā)劑和終止劑，加水復(fù)溶后，得到純凈的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體溶液。
技術(shù)方案中所述還原劑NaBH4和碲粉是在充滿氬氣的環(huán)境中反應(yīng)60-90分鐘，溶液中NaHTe含量為0.3-7.1mmol/l，NaBH4和碲粉摩爾比為2-10∶1；鎘鹽為水溶性的鹽，可以選用硝酸鎘、氯化鎘、乙酸鎘或高氯酸鎘，分散劑可以選用巰基丙酸、巰基乙酸或半胱氨酸，鎘鹽和分散劑摩爾比為1∶2.5，在水中溶解的鎘鹽和分散劑，調(diào)至堿性，pH值為9-13，得到穩(wěn)定的鎘源；CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的晶核是將碲源和鎘源在絕氧的條件下均勻地混合在一起而得到，滴加量按摩爾比為Cd2+∶NaHTe＝3-5∶1；在必要的情況下，如果三頸燒瓶(1)內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體使氣壓高于大氣壓時(shí)，可以通過卸料閥減壓，保證滴加速度穩(wěn)定；實(shí)時(shí)監(jiān)測是通過小型光纖全譜儀采集信號(hào)、電腦專用軟件計(jì)算，在電腦屏幕上可以隨時(shí)監(jiān)測CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體熒光的發(fā)射峰位置和峰強(qiáng)情況，當(dāng)CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長到設(shè)定尺寸時(shí)，表現(xiàn)出其特有的熒光特性，通過加入反應(yīng)終止劑正己醇停止CdTe納米晶體的生長，準(zhǔn)確地得到目標(biāo)產(chǎn)物；采用高速離心機(jī)除去引發(fā)劑和終止劑，一般采用10000-14000rad/min的轉(zhuǎn)速，時(shí)間大約為20min-30min。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料的方法的合成系統(tǒng)方面采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。所述的合成系統(tǒng)是由合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶核與引發(fā)CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長的合成裝置、紫光燈、檢測器(光纖探頭)、小型光纖全譜儀和安裝有專用軟件的電腦組成。紫光燈安裝在合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶核與引發(fā)CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長的合成裝置的上方，合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶核與引發(fā)CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長的合成裝置放置在工作臺(tái)上，小型光纖全譜儀和安裝有專用軟件的電腦也放置在工作臺(tái)上，兩者之間電線連接，小型光纖全譜儀上的檢測器的檢測端近處對(duì)準(zhǔn)三頸燒瓶里的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體溶液，另一端與小型光纖全譜儀連接。
技術(shù)方案中所述的合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶核與引發(fā)CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長的合成裝置，包括放置在工作臺(tái)上的磁力攪拌裝置，放置在磁力攪拌裝置凹腔里的三頸燒瓶，安裝在三頸燒瓶上部兩側(cè)的恒壓漏斗、漏斗，三頸燒瓶中間頸口插裝的加料管，中間頸口處安裝的卸料閥，恒壓漏斗下部安裝的右側(cè)卸料閥門，恒壓漏斗正上方插裝的導(dǎo)氣管和漏斗下部安裝的卸料閥門。
本發(fā)明的有益效果1)本合成CdTe納米晶體材料的方法和傳統(tǒng)生產(chǎn)方法對(duì)比本方法制備成本低、重復(fù)性好、毒性低(綠色)，為產(chǎn)品的商品化提供了一種實(shí)用的方法；2)本合成系統(tǒng)和傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備相比本系統(tǒng)簡單、緊湊、操作方便和低價(jià)格；3)本發(fā)明在合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體溶液的過程中，不需要配備專用加熱設(shè)備對(duì)溶液進(jìn)行加熱，降低能耗；
4)合成后的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體溶液澄清、透明，具有很好的熒光性質(zhì)，室溫放置，不會(huì)繼續(xù)生長，易保存。


圖1是實(shí)現(xiàn)合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料的方法的合成系統(tǒng)；圖2是合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶核與引發(fā)CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長的合成裝置；圖中1.三頸燒瓶，2.恒壓漏斗，3.漏斗，4.卸料閥門，5.卸料閥，6.右側(cè)卸料閥門，7.導(dǎo)氣管，8.加料管，9.磁力攪拌裝置，10.紫光燈，11.檢測器(光纖探頭)，12.小型光纖全譜儀，13.電腦，14.(是圖2表示的)合成裝置。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述參閱圖1，合成系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料的方法方面起到重要的作用，是密不可分的。所述的合成系統(tǒng)是由合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶核與引發(fā)CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長的合成裝置14、紫光燈10、檢測器(光纖探頭)11、小型光纖全譜儀12和安裝有專用軟件的電腦13組成。紫光燈安裝在合成裝置14的上方，紫光燈10的電源線插頭和電源插座插接，合成裝置14放置在工作臺(tái)上，磁力攪拌裝置9的電源線插頭和電源插座插接，小型光纖全譜儀12和安裝有專用軟件的電腦13也放置在工作臺(tái)上，兩者之間電線連接，小型光纖全譜儀12上的檢測器11的檢測端近處對(duì)準(zhǔn)三頸燒瓶1里的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體溶液，另一端與小型光纖全譜儀12連接。
參閱圖2，所述的合成裝置14是一個(gè)綜合部件，它包括放置在工作臺(tái)上的磁力攪拌裝置9，放置在磁力攪拌裝置9凹腔里的三頸燒瓶1，安裝在三頸燒瓶1上部兩側(cè)的恒壓漏斗2、漏斗3，三頸燒瓶1中間頸口插裝的加料管8，中間頸口處安裝的卸料閥5，恒壓漏斗2下部安裝的右側(cè)卸料閥門6，恒壓漏斗2正上方插裝的導(dǎo)氣管7和漏斗3下部安裝的卸料閥門4。其中卸料閥5開啟時(shí)，保證三頸燒瓶1內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體(氫氣)順利排出而減壓，也可以添加物料，卸料閥5關(guān)閉時(shí)，可以防止空氣進(jìn)入；恒壓漏斗2內(nèi)的鎘源可以通過控制右側(cè)卸料閥門6開啟程度來控制滴加鎘源的速度，當(dāng)右側(cè)卸料閥門6關(guān)閉時(shí)，可以防止空氣進(jìn)入，恒壓漏斗2正上方插入的導(dǎo)氣管7通進(jìn)高純氬氣，脫去鎘源溶液中含有的氧氣；漏斗3內(nèi)的引發(fā)劑水合肼可以通過控制卸料閥門4開啟程度來控制滴加引發(fā)劑水合肼的速度，當(dāng)卸料閥門4關(guān)閉時(shí)，可以防止空氣進(jìn)入。
參閱圖1，所述的檢測器11、小型光纖全譜儀12和電腦13的作用是監(jiān)控、采集、顯示碲源與鎘源混合并加入引發(fā)劑后的合成情況，在紫光燈10的照射下，CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體發(fā)出的熒光信號(hào)，檢測器11、小型光纖全譜儀12采集熒光信號(hào)，傳輸?shù)诫娔X13，經(jīng)過專用軟件的分析計(jì)算，可以實(shí)時(shí)觀察熒光的發(fā)射峰位置和峰強(qiáng)，得到CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長過程中的重要參數(shù)，并保存原始數(shù)據(jù)，掌握CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長的過程。確切地說，通過他們觀察CdTe半導(dǎo)體納米晶體熒光發(fā)射峰位置隨時(shí)間的變化，因?yàn)檫@種CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體具有粒度與熒光發(fā)射峰位置一一對(duì)應(yīng)的特性，從而能夠觀測CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的大小，當(dāng)其熒光發(fā)射峰位置到達(dá)設(shè)定位置時(shí)，即CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長到目標(biāo)值時(shí)，可以通過三頸燒瓶1中間頸口插裝的加料管8加入反應(yīng)終止劑正己醇，終止CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長。對(duì)加入反應(yīng)終止劑正己醇終止CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長后的溶液，采用高速離心的方法除去引發(fā)劑和終止劑，復(fù)溶于水，得到純凈的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體溶液。到此，所述的檢測器11、小型光纖全譜儀12和電腦13起到監(jiān)控、采集、顯示的作用。
實(shí)施例11)制備碲源其過程為取90ml水放入三頸燒瓶1中，再加入2.4mgNaBH4和4mg碲粉，NaBH4和碲粉摩爾比為2∶1，通過三頸燒瓶1正上方的加料管8通入高純氬氣，排空三頸燒瓶1內(nèi)的空氣，室溫下磁力攪拌裝置9均勻攪拌，NaBH4和碲粉反應(yīng)60分鐘，其反應(yīng)方程式為Te+NaBH4+H2O→NaHTe+Na2B4O7+H2↑，反應(yīng)后溶液中包括的生成物為NaHTe、Na2B4O7和H2，溶液中NaHTe含量為0.32mmol/l。如果產(chǎn)生的氫氣使三頸燒瓶1內(nèi)的壓力增高而影響其它物質(zhì)的加入，可通過打開卸料閥5減壓。
2)制備鎘源其過程為取10ml水放入三頸燒瓶1上部右側(cè)的恒壓漏斗2中，再溶解29mg CdCl2·2.5H2O和25μl巰基乙酸于水中，用NaOH調(diào)pH至9，形成穩(wěn)定的鎘金屬絡(luò)合物，鎘鹽和分散劑摩爾比為1∶2.5，通過恒壓漏斗2正上方插入的導(dǎo)氣管7通進(jìn)高純氬氣，脫去溶液中含有的氧氣。
3)取100ml引發(fā)劑水合肼(NH2-NH2)放入三口燒瓶1上部左側(cè)的漏斗3中。
4)在NaBH4和碲粉反應(yīng)60分鐘后，打開恒壓漏斗2上的右側(cè)卸料閥門6，緩慢地將鎘源溶液滴加至完畢，滴加量按摩爾比為Cd2+∶NaHTe＝5∶1，關(guān)閉右側(cè)卸料閥門6，其反應(yīng)方程式為NaHTe+CdCl2→CdTe+NaCl，靜置10分鐘后，得到CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶核水溶液。
5)打開卸料閥門4，將漏斗3中的引發(fā)劑水合肼滴加入三頸燒瓶1內(nèi)，待引發(fā)劑溶液滴加完畢后，關(guān)閉卸料閥門4。打開紫光燈10、小型光纖全譜儀12和電腦13，通過小型光纖全譜儀12和檢測器(光纖探頭)11采集CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的熒光信號(hào)，傳輸給電腦13，利用專用軟件計(jì)算，得到實(shí)時(shí)的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體熒光譜圖。
6)如果要得到熒光發(fā)射峰位置為580nm設(shè)定的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體，通過電腦顯示的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的熒光譜圖，觀察熒光的發(fā)射峰位置，一旦達(dá)到580nm，立即將5 0ml終止劑正己醇(C6H12OH)通過三頸燒瓶1中間頸口插有的加料管8加入到CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的溶液中，終止其反應(yīng)。
7)將CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體溶液采用高速離心機(jī)進(jìn)行離心處理，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為10000rad/min，離心處理時(shí)間為20分鐘，棄取上清液，加入等體積的水，放在超聲清洗器內(nèi)，均勻地復(fù)溶CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體，得到一種熒光發(fā)射波長為580nm的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的水溶液。
實(shí)施例21)制備碲源其過程為取90ml水放入三頸燒瓶1中，再加入240mgNaBH4和90mg碲粉，NaBH4和碲粉摩爾比為9.2∶1，通過三頸燒瓶1正上方的加料管8通入高純氬氣，排空三頸燒瓶1內(nèi)的空氣，室溫下磁力攪拌裝置9均勻攪拌，NaBH4和碲粉反應(yīng)90分鐘，其反應(yīng)方程式為Te+NaBH4+H2O→NaHTe+Na2B4O7+H2↑，反應(yīng)后溶液中包括的生成物為NaHTe、Na2B4O7和H2，溶液中NaHTe含量為7.0mmol/l。如果產(chǎn)生的氫氣使三頸燒瓶1內(nèi)的壓力增高而影響其它物質(zhì)的加入，可通過打開卸料閥5減壓。
2)制備鎘源其過程為取10ml水放入三頸燒瓶1上部右側(cè)的恒壓漏斗2中，再溶解664mg CdCl2·2.5H2O和5.5ml巰基乙酸于水中，用NaOH調(diào)pH至13，形成穩(wěn)定的鎘金屬絡(luò)合物，鎘鹽和分散劑摩爾比為1∶2.5，通過恒壓漏斗2正上方插入的導(dǎo)氣管7通進(jìn)高純氬氣，脫去溶液中含有的氧氣。
3)取100ml引發(fā)劑水合肼(NH2-NH2)放入三口燒瓶1上部左側(cè)的漏斗3中。
4)在NaBH4和碲粉反應(yīng)90分鐘后，打開恒壓漏斗2上的右側(cè)卸料閥門6，緩慢地將鎘源溶液滴加至完畢，滴加量按摩爾比為Cd2+∶NaHTe＝4.2∶1，關(guān)閉右側(cè)卸料閥門6，其反應(yīng)方程式為NaHTe+CdCl2→CdTe+NaCl，靜置10分鐘后，得到CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶核水溶液。
5)打開卸料閥門4，將漏斗3中的引發(fā)劑水合肼放入三頸燒瓶1內(nèi)，待引發(fā)劑溶液滴加完畢后，關(guān)閉卸料閥門4。打開紫光燈10、小型光纖全譜儀12和電腦13，通過小型光纖全譜儀12和檢測器(光纖探頭)11采集CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的熒光信號(hào)，傳輸給電腦13，利用專用軟件計(jì)算，得到實(shí)時(shí)的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體熒光譜圖。
6)如果要得到熒光發(fā)射峰位置為600nm設(shè)定的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體，通過電腦顯示的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的熒光譜圖，觀察熒光的發(fā)射峰位置，一旦達(dá)到600nm，立即將50ml終止劑正己醇(C6H12OH)通過三頸燒瓶1中間頸口插有的加料管8加入到CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的溶液中，終止其反應(yīng)。
7)將CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體溶液采用高速離心機(jī)進(jìn)行離心處理，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為14000rad/min，離心處理時(shí)間為20分鐘，棄取上清液，加入等體積的水，放在超聲清洗器內(nèi)，均勻地復(fù)溶CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體，得到一種熒光發(fā)射波長為600nm的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的水溶液。
實(shí)施例31)制備碲源其過程為取90ml水放入三頸燒瓶1中，再加入120mgNaBH4和90mg碲粉，NaBH4和碲粉摩爾比為4.6∶1，通過三頸燒瓶1正上方的加料管8通入高純氬氣，排空三頸燒瓶1內(nèi)的空氣，室溫下磁力攪拌裝置9均勻攪拌，NaBH4和碲粉反應(yīng)90分鐘，其反應(yīng)方程式為Te+NaBH4+H2O→NaHTe+Na2B4O7+H2↑，反應(yīng)后溶液中包括的生成物為NaHTe、Na2B4O7和H2，溶液中NaHTe含量為3.9mmol/l。如果產(chǎn)生的氫氣使三頸燒瓶1內(nèi)的壓力增高而影響其它物質(zhì)的加入，可通過打開卸料閥5減壓。
2)制備鎘源其過程為取10ml水放入三頸燒瓶1上部右側(cè)的恒壓漏斗2中，再溶解399mg CdCl2·2.5H2O和3.3ml巰基乙酸于水中，用NaOH調(diào)pH至13，形成穩(wěn)定的鎘金屬絡(luò)合物，鎘鹽和分散劑摩爾比為1∶2.5，通過恒壓漏斗2正上方插入的導(dǎo)氣管7通進(jìn)高純氬氣，脫去溶液中含有的氧氣。
3)取100ml引發(fā)劑水合肼(NH2-NH2)放入三口燒瓶1上部左側(cè)的漏斗3中。
4)在NaBH4和碲粉反應(yīng)90分鐘后，打開恒壓漏斗2上的右側(cè)卸料閥門6，緩慢地將鎘源溶液滴加至完畢，滴加量按摩爾比為Cd2+∶NaHTe＝3∶1，關(guān)閉右側(cè)卸料閥門6，其反應(yīng)方程式為NaHTe+CdCl2→CdTe+NaCl，靜置10分鐘后，得到CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶核水溶液。
5)打開卸料閥門4，將漏斗3中的引發(fā)劑水合肼放入三頸燒瓶1內(nèi)，待引發(fā)劑溶液滴加完畢后，關(guān)閉卸料閥門4。打開紫光燈10、小型光纖全譜儀12和電腦13，通過小型光纖全譜儀12和檢測器(光纖探頭)11采集CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的熒光信號(hào)，傳輸給電腦13，利用專用軟件計(jì)算，得到實(shí)時(shí)的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體熒光譜圖。
6)如果要得到熒光發(fā)射峰位置為620nm設(shè)定的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體，通過電腦顯示的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的熒光譜圖，觀察熒光的發(fā)射峰位置，一旦達(dá)到620nm，立即將50ml終止劑正己醇(C6H12OH)通過三頸燒瓶1中間頸口插有的加料管8加入到CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的溶液中，終止其反應(yīng)。
7)將CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體溶液采用高速離心機(jī)進(jìn)行離心處理，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為14000rad/min，離心處理時(shí)間為30分鐘，棄取上清液，加入等體積的水，放在超聲清洗器內(nèi)，均勻地復(fù)溶CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體，得到一種熒光發(fā)射波長為620nm的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的水溶液。
實(shí)施例41)制備碲源其過程為取90ml水放入三頸燒瓶1中，再加入240mgNaBH4和90mg碲粉，NaBH4和碲粉摩爾比為9.2∶1，通過三頸燒瓶1正上方的加料管8通入高純氬氣，排空三頸燒瓶1內(nèi)的空氣，室溫下磁力攪拌裝置9均勻攪拌，NaBH4和碲粉反應(yīng)90分鐘，其反應(yīng)方程式為Te+NaBH4+H2O→NaHTe+Na2B4O7+H2↑，反應(yīng)后溶液中包括的生成物為NaHTe、Na2B4O7和H2，溶液中NaHTe含量為7.0mmol/l。如果產(chǎn)生的氫氣使三頸燒瓶1內(nèi)的壓力增高而影響其它物質(zhì)的加入，可通過打開卸料閥5減壓。
2)制備鎘源其過程為取10ml水放入三頸燒瓶1上部右側(cè)的恒壓漏斗2中，再溶解687mgCd(NO3)2和5.5ml巰基乙酸于水中，用NaOH調(diào)pH至12，形成穩(wěn)定的鎘金屬絡(luò)合物，鎘鹽和分散劑摩爾比為1∶2.5，通過恒壓漏斗2正上方插入的導(dǎo)氣管7通進(jìn)高純氬氣，脫去溶液中含有的氧氣。
3)取100ml引發(fā)劑水合肼(NH2-NH2)放入三口燒瓶1上部左側(cè)的漏斗3中。
4)在NaBH4和碲粉反應(yīng)90分鐘后，打開恒壓漏斗2上的右側(cè)卸料閥門6，緩慢地將鎘源溶液滴加至完畢，滴加量按摩爾比為Cd2+∶NaHTe＝5∶1，關(guān)閉右側(cè)卸料閥門6，其反應(yīng)方程式為NaHTe+CdCl2→CdTe+NaCl，靜置10分鐘后，得到CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶核水溶液。
5)打開卸料閥門4，將漏斗3中的引發(fā)劑水合肼放入三頸燒瓶1內(nèi)，待引發(fā)劑溶液滴加完畢后，關(guān)閉卸料閥門4。打開紫光燈10、小型光纖全譜儀12和電腦13，通過小型光纖全譜儀12和檢測器(光纖探頭)11采集CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的熒光信號(hào)，傳輸給電腦13，利用專用軟件計(jì)算，得到實(shí)時(shí)的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體熒光譜圖。
6)如果要得到熒光發(fā)射峰位置為540nm設(shè)定的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體，通過電腦顯示的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的熒光譜圖，觀察熒光的發(fā)射峰位置，一旦達(dá)到540nm，立即將50ml終止劑正己醇(C6H12OH)通過三頸燒瓶1中間頸口插有的加料管8加入到CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的溶液中，終止其反應(yīng)。
7)將CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體溶液采用高速離心機(jī)進(jìn)行離心處理，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為14000rad/min，離心處理時(shí)間為30分鐘，棄取上清液，加入等體積的水，放在超聲清洗器內(nèi)，均勻地復(fù)溶CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體，得到一種熒光發(fā)射波長為540nm的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的水溶液。
實(shí)施例51)制備碲源其過程為取90ml水放入三頸燒瓶1中，再加入240mgNaBH4和90mg碲粉，NaBH4和碲粉摩爾比為9.2∶1，通過三頸燒瓶1正上方的加料管8通入高純氬氣，排空三頸燒瓶1內(nèi)的空氣，室溫下磁力攪拌裝置9均勻攪拌，NaBH4和碲粉反應(yīng)90分鐘，其反應(yīng)方程式為Te+NaBH4+H2O→NaHTe+Na2B4O7+H2↑，反應(yīng)后溶液中包括的生成物為NaHTe、Na2B4O7和H2，溶液中NaHTe含量為7.0mmol/l。如果產(chǎn)生的氫氣使三頸燒瓶1內(nèi)的壓力增高而影響其它物質(zhì)的加入，可通過打開卸料閥5減壓。
2)制備鎘源其過程為取10ml水放入三頸燒瓶1上部右側(cè)的恒壓漏斗2中，再溶解838mgCd(CH3COO)2·3H2O和5.5ml巰基乙酸于水中，用NaOH調(diào)pH至10，形成穩(wěn)定的鎘金屬絡(luò)合物，鎘鹽和分散劑摩爾比為1∶2.5，通過恒壓漏斗2正上方插入的導(dǎo)氣管7通進(jìn)高純氬氣，脫去溶液中含有的氧氣。
3)取100ml引發(fā)劑水合肼(NH2-NH2)放入三口燒瓶1上部左側(cè)的漏斗3中。
4)在NaBH4和碲粉反應(yīng)90分鐘后，打開恒壓漏斗2上的右側(cè)卸料閥門6，緩慢地將鎘源溶液滴加至完畢，滴加量按摩爾比為Cd2+∶NaHTe＝5∶1，關(guān)閉右側(cè)卸料閥門6，其反應(yīng)方程式為NaHTe+CdCl2→CdTe+NaCl，靜置10分鐘后，得到CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶核水溶液。
5)打開卸料閥門4，將漏斗3中的引發(fā)劑水合肼放入三頸燒瓶1內(nèi)，待引發(fā)劑溶液滴加完畢后，關(guān)閉卸料閥門4。打開紫光燈10、小型光纖全譜儀12和電腦13，通過小型光纖全譜儀12和檢測器(光纖探頭)11采集CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的熒光信號(hào)，傳輸給電腦13，利用專用軟件計(jì)算，得到實(shí)時(shí)的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體熒光譜圖。
6)如果要得到熒光發(fā)射峰位置為540nm設(shè)定的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體，通過電腦顯示的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的熒光譜圖，觀察熒光的發(fā)射峰位置，一旦達(dá)到540nm，立即將50ml終止劑正己醇(C6H12OH)通過三頸燒瓶1中間頸口插有的加料管8加入到CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的溶液中，終止其反應(yīng)。
7)將CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體溶液采用高速離心機(jī)進(jìn)行離心處理，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為14000rad/min，離心處理時(shí)間為30分鐘，棄取上清液，加入等體積的水，放在超聲清洗器內(nèi)，均勻地復(fù)溶CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體，得到一種熒光發(fā)射波長為540nm的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的水溶液。
鎘鹽為水溶性的鹽，制備鎘源的過程中，除了本實(shí)施例采用的氯化鎘、硝酸鎘、乙酸鎘以外，還可以采用高氯酸鎘，分散劑除了本實(shí)施例采用的巰基乙酸以外，還可以采用巰基丙酸、半胱氨酸，它們和巰基乙酸都是擁有一個(gè)巰基的化合物(功能性官能團(tuán))，都能對(duì)溶液起到穩(wěn)定的作用，如果再增加實(shí)施例，只需要改變分散劑的名稱，其它不需要任何改動(dòng)。所以，按照上述實(shí)施例的步驟采用所列舉的鎘鹽和分散劑，都可以得到多種具有不同粒度的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的水溶液，此處不再贅述。
權(quán)利要求
1.一種合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料的方法，首先在三口燒瓶中溶解CdCl2·2.5H2O和巰基乙酸，用NaOH調(diào)pH值至設(shè)定值，通過三口燒瓶側(cè)面的瓶口通入氬氣，排空三口燒瓶內(nèi)的空氣；在另一反應(yīng)瓶中加入NaBH4和碲粉攪拌下反應(yīng)2-3小時(shí)，然后將其注入三口燒瓶中；再將三口燒瓶中混合后的水溶液倒入石英微波反應(yīng)管內(nèi)，程序升溫，在不同的時(shí)間間隔即可以獲得不同顏色的熒光納米粒子溶液，其特征在于，合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料的方法依次包括如下步驟1)將碲粉與還原劑NaBH4放入三頸燒瓶(1)中，并通過三頸燒瓶(1)正上方的加料管(8)通進(jìn)高純氬氣，排空三頸燒瓶(1)內(nèi)的空氣，在室溫下磁力攪拌裝置(9)進(jìn)行攪拌，碲粉與還原劑NaBH4發(fā)生反應(yīng)，形成淡紅色的含有NaHTe透明液體，得到穩(wěn)定的碲源；2)將水溶性的鎘鹽、分散劑與水放入安裝在三頸燒瓶(1)右上側(cè)恒壓漏斗(2)中，通過恒壓漏斗(2)正上方插入的導(dǎo)氣管(7)通進(jìn)高純氬氣，脫去溶液中含有的氧氣，在水中溶解的鎘鹽和分散劑，調(diào)至堿性，pH值為設(shè)定值，得到穩(wěn)定的鎘源；3)將100ml引發(fā)劑水合肼放入安裝在三頸燒瓶(1)左上側(cè)恒壓漏斗(3)中；4)打開右側(cè)卸料閥門(6)，緩慢地將鎘源溶液滴加至完畢，關(guān)閉右側(cè)卸料閥門(6)，常溫下得到CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的晶核水溶液；5)打開控制漏斗(3)開閉的卸料閥門(4)，加入半導(dǎo)體熒光納米晶體生長的引發(fā)劑水合肼，在紫色光的激發(fā)下，用小型光纖全譜儀實(shí)時(shí)監(jiān)測CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的生長情況；6)當(dāng)CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長到目標(biāo)值時(shí)，通過三頸燒瓶(1)的加料管(8)加入終止劑正己醇，終止CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的生長，得到想要的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體；7)采用高速離心機(jī)除去引發(fā)劑和終止劑，加水復(fù)溶后，得到純凈的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體溶液。
2.按照權(quán)利要求1所述的合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料的方法，其特征在于，還原劑NaBH4和碲粉在充滿氬氣的環(huán)境中反應(yīng)60-90分鐘，溶液中NaHTe含量為0.3-7.1mmol/l，NaBH4和碲粉摩爾比為2-10∶1。
3.按照權(quán)利要求1所述的合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料的方法，其特征在于，鎘鹽為水溶性的鹽，可以選用硝酸鎘、氯化鎘、乙酸鎘或高氯酸鎘；分散劑可以選用巰基丙酸、巰基乙酸或半胱氨酸；鎘鹽和分散劑摩爾比為1∶2.5；在水中溶解的鎘鹽和分散劑，調(diào)至堿性，pH值為9-13，得到穩(wěn)定的鎘源。
4.按照權(quán)利要求1所述的合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料的方法，其特征在于，所述的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的晶核是將碲源和鎘源在絕氧的條件下均勻地混合在一起而得到，滴加量按摩爾比為Cd2+∶NaHTe＝3-5∶1；在必要的情況下，如果三頸燒瓶(1)內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體使氣壓高于大氣壓時(shí)，可以通過卸料閥(5)排氣減壓，保證滴加速度穩(wěn)定。
5.按照權(quán)利要求1所述的合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料的方法，其特征在于，所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測是通過檢測器(11)、小型光纖全譜儀(12)采集信號(hào)、電腦(13)專用軟件計(jì)算，在電腦(13)屏幕上可以隨時(shí)監(jiān)測CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體熒光的發(fā)射峰位置和峰強(qiáng)情況，當(dāng)CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長到設(shè)定尺寸時(shí)，表現(xiàn)出其特有的熒光特性，通過加入反應(yīng)終止劑正己醇停止CdTe納米晶體的生長，準(zhǔn)確地得到目標(biāo)產(chǎn)物。
6.按照權(quán)利要求1所述的合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料的方法，其特征在于，所述的采用高速離心機(jī)除去引發(fā)劑和終止劑，一般采用10000-14000rad/min的轉(zhuǎn)速，所用時(shí)間為20min-30min。
7.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料的方法的合成系統(tǒng)，其特征在于，合成系統(tǒng)由合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶核與引發(fā)CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長的合成裝置(14)、紫光燈(10)、檢測器(11)、小型光纖全譜儀(12)和安裝有專用軟件的電腦(13)組成；紫光燈(10)安裝在合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶核與引發(fā)CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長的合成裝置(14)的上方，合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶核與引發(fā)CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長的合成裝置(14)放置在工作臺(tái)上，小型光纖全譜儀(12)和安裝有專用軟件的電腦(13)也放置在工作臺(tái)上，兩者之間線連接，小型光纖全譜儀(12)上的檢測器(11)的檢測端近處對(duì)準(zhǔn)三頸燒瓶(1)里的CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體溶液，另一端與小型光纖全譜儀(12)連接。
8.按照權(quán)利要求7所述的實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料的方法的合成系統(tǒng)，其特征在于，所述的合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶核與引發(fā)CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長的合成裝置(14)包括放置在工作臺(tái)上的磁力攪拌裝置(9)，放置在磁力攪拌裝置(9)凹腔里的三頸燒瓶(1)，安裝在三頸燒瓶(1)上部兩側(cè)的恒壓漏斗(2)、漏斗(3)，三頸燒瓶(1)中間頸口插裝的加料管(8)，中間頸口處安裝的卸料閥(5)，恒壓漏斗(2)下部安裝的右側(cè)卸料閥門(6)，恒壓漏斗(2)正上方插裝的導(dǎo)氣管(7)和漏斗(3)下部安裝的卸料閥門(4)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化工領(lǐng)域合成CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體材料的方法及其合成系統(tǒng)。旨在提供一種綠色、簡易、可控、不需要外加能量和不使用揮發(fā)性溶劑，對(duì)操作人員無危害的方法及系統(tǒng)。方法按下列步驟制備碲源；制備鎘源；碲源與鎘源混合，常溫下得到CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體的晶核水溶液；加入引發(fā)劑水合肼，用光纖全譜儀實(shí)時(shí)監(jiān)測CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長情況；當(dāng)CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體生長到目標(biāo)值時(shí)，加入終止劑正己醇，終止生長；采用高速離心機(jī)除去上清液，得到CdTe半導(dǎo)體熒光納米晶體溶液。合成系統(tǒng)由合成裝置(14)、紫光燈(10)、檢測器(11)、小型光纖全譜儀(12)和安裝有專用軟件的電腦(13)組成。
文檔編號(hào)C01B19/04GK101082138SQ200710055458
公開日2007年12月5日 申請(qǐng)日期2007年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者周建光, 劉巖, 沈啟慧, 于東冬, 黃校亮, 楊瑩麗, 金麗, 范宏亮, 張磊, 趙曉麗 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)