專利名稱：提取半導(dǎo)體膠體納米晶的方法及其提取工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于液體的密封傳輸方法領(lǐng)域，特別涉及在schlenk系統(tǒng)中提取半導(dǎo)體納米晶的方法和使用的提取工具。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，半導(dǎo)體膠體納米晶在基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用上引起了人們廣泛的重視。國(guó)外多所著名的研究單位，如麻省理工學(xué)院的Bawendi小組，加州大學(xué)的Alivisatos小組和阿肯色大學(xué)的Peng小組，都在從事這方面的研究。此方面的合成和應(yīng)用的重要部分是，如何在無(wú)氧無(wú)水、用氬氣或氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)氣體的schlenk系統(tǒng)中提取出所需要的高質(zhì)量的半導(dǎo)體納米晶。schlenk系統(tǒng)的反應(yīng)合成部分是一個(gè)三頸瓶，見(jiàn)圖1，其中，1為三頸瓶、2為提液口、3為頸口膠塞、4為保護(hù)氣體充氣口、5為溫控口、6為控溫計(jì)、7為高溫反應(yīng)溶液。用膠塞3密封的頸就是向外提取高溫半導(dǎo)體膠體納米晶的提液口2。提取的高溫反應(yīng)溶液7含有反應(yīng)生成的半導(dǎo)體納米晶，該溶液被立刻放置于裝冷卻液的樣品瓶?jī)?nèi)，使納米晶的生長(zhǎng)停止，從而得到該納米晶的樣品，以便研究其物性或在工業(yè)上應(yīng)用，比如用于研究半導(dǎo)體膠體納米晶在不同反應(yīng)時(shí)間在三頸瓶中的生長(zhǎng)情況。
目前國(guó)內(nèi)外的研究小組都是用注射器和長(zhǎng)針頭來(lái)提取所需要的樣品。這種提取工具由針筒、活塞和長(zhǎng)針頭三部分組成。雖然用這種提取工具提取的樣品在某種程度上能反映半導(dǎo)體納米晶的生長(zhǎng)情況，但是一些缺點(diǎn)仍然存在1、每次提取樣品前都要在schlenk系統(tǒng)的三頸反應(yīng)瓶中多次抽取氬氣或氮?dú)鈦?lái)清洗注射器和針頭，使注射器和針頭內(nèi)沒(méi)有空氣滯留，從而避免提取時(shí)樣品被滯留在它倆內(nèi)的空氣污染。但是，對(duì)于經(jīng)常做實(shí)驗(yàn)和每次實(shí)驗(yàn)都要提取十個(gè)左右樣品的實(shí)驗(yàn)者來(lái)說(shuō)，這樣的操作就顯得很繁瑣。
2、雖然通過(guò)清洗注射器和長(zhǎng)針頭內(nèi)沒(méi)有空氣滯留，但是從反應(yīng)瓶中提取出來(lái)的樣品在被注射到冷卻溶劑撲滅反應(yīng)之前，針頭內(nèi)的樣品會(huì)短時(shí)間的暴露在空氣中，這樣會(huì)造成樣品的污染，影響無(wú)水無(wú)氧條件下合成的樣品質(zhì)量，尤其是對(duì)空氣和水分極其敏感的半導(dǎo)體納米晶影響極大。
3、繁瑣的操作限制了提取速度，即使經(jīng)過(guò)幾個(gè)月訓(xùn)練的成熟實(shí)驗(yàn)者，也不能在3秒的時(shí)間內(nèi)完成一次提取，這樣的提取速度不能提取到反應(yīng)開始后前幾秒的樣品；此外，對(duì)于在高溫和恒溫下的合成實(shí)驗(yàn)，這樣的提取速度會(huì)造成樣品在提取過(guò)程中生長(zhǎng)溫度變化的時(shí)間較長(zhǎng)，從而不利于樣品的單分散性。
4、因?yàn)槊看魏铣砂雽?dǎo)體納米晶除了提取樣品，還要隨時(shí)準(zhǔn)確地記錄反應(yīng)時(shí)間和控制納米晶生長(zhǎng)的溫度，所以現(xiàn)有的這種提取方式需要2個(gè)到3個(gè)人同時(shí)配合才能完成一次合成實(shí)驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服背景技術(shù)的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種提取半導(dǎo)體膠體納米晶的方法和工具，使提取過(guò)程中樣品不暴露于空氣、消除清洗的繁瑣、提取樣品迅速、操作簡(jiǎn)單，有利于在研究和應(yīng)用上抽提到質(zhì)量更高的單分散性更好的半導(dǎo)體納米晶。
本發(fā)明的提取半導(dǎo)體膠體納米晶的方法，是在無(wú)氧無(wú)水和氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)的schlenk系統(tǒng)中進(jìn)行的，所說(shuō)的schlenk系統(tǒng)的反應(yīng)合成部分由三頸瓶構(gòu)成，其三個(gè)頸分別是保護(hù)氣體的充氣口、塞有頸口膠塞的提液口和溫控口；提取過(guò)程是，使用一個(gè)一端帶尖的彎曲的提樣管，用其尖端穿刺密封提液口的頸口膠塞，另一端置于樣品瓶的冷卻液中；再將尖端插到高溫反應(yīng)溶液液面之下，三頸瓶?jī)?nèi)的氣體正壓使高溫反應(yīng)溶液里反應(yīng)生成的半導(dǎo)體膠體納米晶隨溶液被輕易地壓進(jìn)裝有冷卻液的樣品瓶?jī)?nèi)。
更能夠保證含有半導(dǎo)體膠體納米晶的溶液不與空氣接觸的提取方法，是在彎曲的提樣管尖端穿刺密封提液口的頸口膠塞之前，樣品瓶用樣品瓶瓶口膠塞塞緊，提樣管通過(guò)樣品瓶瓶口膠塞插入冷卻液中，排氣管通過(guò)樣品瓶瓶口膠塞插進(jìn)瓶口。
這樣設(shè)計(jì)的樣品瓶可以使提樣管的尖端在途經(jīng)頸口膠塞插進(jìn)反應(yīng)溶液之前，從三頸瓶導(dǎo)出的保護(hù)氣體能夠?qū)悠菲績(jī)?nèi)的空氣排擠出樣品瓶，使三頸瓶?jī)?nèi)反應(yīng)生成的半導(dǎo)體膠體納米晶能夠絲毫不與空氣接觸地被提取和保存，從而保護(hù)了納米晶的質(zhì)量和消除了在手套箱進(jìn)一步處理的繁瑣。
上述的提樣管就是本發(fā)明的提取半導(dǎo)體膠體納米晶的提取工具，是一個(gè)彎曲的細(xì)管，內(nèi)徑可以為0.5mm～2mm，前段端頭是針尖樣的尖端，以便穿刺用于密封三頸瓶的頸口膠塞；該提取工具可以用不銹鋼管或聚四氟乙烯管或銅管或石英管制作。
提取工具——提樣管僅由一部分組成，就是將一定長(zhǎng)度和一定內(nèi)徑的不銹鋼管加工成一端是針尖狀的彎管即可，非常簡(jiǎn)單，但非常實(shí)用。在原始材料的選用方面，凡是防酸防腐耐溫(350℃)且有一定強(qiáng)度的材料都可以考慮作為原始材料。如聚四氟乙烯、銅和石英等防腐耐溫的聚合物、金屬、合金和塑料。原始材料的管壁厚可以選為0.2mm～0.6mm。
當(dāng)使用本發(fā)明的提樣管來(lái)提取樣品時(shí)，背景技術(shù)的缺點(diǎn)很容易地被克服。提取前先將提樣管從提液口插進(jìn)密封的充滿保護(hù)氣體的三頸瓶，因?yàn)榉磻?yīng)瓶?jī)?nèi)的氣體壓強(qiáng)比大氣壓高，所以，當(dāng)提取工具的尖端沒(méi)插到反應(yīng)溶液液面之下時(shí)，三頸瓶?jī)?nèi)的保護(hù)氣體就會(huì)途徑提樣管被壓出來(lái)，使提樣管內(nèi)的空氣被驅(qū)趕走從而達(dá)到自動(dòng)清洗的效果；當(dāng)提樣管的尖端插到液面之下時(shí)，高溫反應(yīng)溶液里反應(yīng)生成的半導(dǎo)體納米晶就會(huì)隨溶液被壓進(jìn)裝有冷卻液的樣品瓶?jī)?nèi)，只要快速地將提樣管的尖端插進(jìn)反應(yīng)溶液中，再立刻提離液面，樣品就會(huì)在不到1秒的時(shí)間內(nèi)被壓進(jìn)樣品瓶和撲滅反應(yīng)。正因?yàn)楸景l(fā)明的提取工具不用人為地清洗就能在極短的時(shí)間內(nèi)完成一次樣品提取，所以每次提取出來(lái)的樣品的單分散性要比用注射器和長(zhǎng)針頭提取的要好(這由用我們的提取工具提取的樣品比用注射器和長(zhǎng)針頭提取的有更窄的吸收光譜峰可知，如圖6)。此外因?yàn)椴僮骱?jiǎn)單本發(fā)明的提取工具還可以輕易地提取到反應(yīng)開始后第1秒和前幾秒的樣品(如圖7的第4秒CdSe納米晶的吸收光譜)，這為一直以來(lái)人們很難觀測(cè)到的納米晶成核過(guò)程提供了有力的數(shù)據(jù)。更重要的是在提取的過(guò)程中因?yàn)闃悠肥菑娜i瓶中直接地被壓進(jìn)取樣瓶的，所以沒(méi)有絲毫的暴露在空氣中，從而保護(hù)了樣品，使樣品能更真實(shí)地反映三頸瓶?jī)?nèi)半導(dǎo)體納米晶的成核和生長(zhǎng)過(guò)程。最后，本發(fā)明的提取方法操作極其簡(jiǎn)單，根本不需要幾個(gè)人長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練只需1個(gè)人經(jīng)過(guò)一兩次的練習(xí)就能像經(jīng)驗(yàn)豐富的實(shí)驗(yàn)者一樣提取到高品質(zhì)的單分散性很好的樣品。由此可見(jiàn)，本發(fā)明的提取方法不但在研究單位有非常大的優(yōu)勢(shì)，而且如果在工業(yè)生產(chǎn)中被采取，將會(huì)很大程度地提高工作效率和節(jié)約成本。


圖1是的schlenk系統(tǒng)的反應(yīng)合成部分三頸瓶結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的提取工具結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的方法的樣品提取預(yù)備(即提取工具自動(dòng)清洗過(guò)程)示意圖。
圖4是本發(fā)明的方法的樣品提取過(guò)程示意圖。
圖5是本發(fā)明的方法的樣品提取完畢示意圖。
圖6是背景技術(shù)與本發(fā)明的提取工具同時(shí)提取的CdSe納米晶的吸收光譜峰寬比較圖。
圖7是反應(yīng)開始后第4秒的CdSe納米晶的吸收光譜圖。
圖8是樣品瓶用瓶口膠塞塞緊并帶有排氣管的樣品提取預(yù)備(即提取工具和取樣瓶自動(dòng)清洗過(guò)程)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本發(fā)明的提取工具提樣管是一個(gè)彎曲的細(xì)管，前段端頭是針尖樣的尖端，見(jiàn)圖2。圖2中，11為前段，12為弧線段，13為后段，14為尖端。
提樣管內(nèi)徑可以為0.5mm～2mm，長(zhǎng)度最好為12cm～35cm。其中前段11的長(zhǎng)度為6cm～18cm，后段13的長(zhǎng)度為5cm～15cm，中間的弧線段12長(zhǎng)度最好為1cm～3cm，前段11和后段13的夾角可以在30°～150°。
實(shí)施例2本發(fā)明的方法參見(jiàn)圖3～5。各圖中，附圖標(biāo)記1～7與背景技術(shù)相同，8為樣品瓶，10為提樣管。樣品瓶8中裝有冷卻液。
圖3是提樣管10的尖端經(jīng)頸口膠塞3插入三頸瓶1，但沒(méi)有進(jìn)入高溫反應(yīng)溶液7。三頸瓶1內(nèi)的保護(hù)氣體經(jīng)提樣管10導(dǎo)出，排出提樣管10內(nèi)的空氣，達(dá)到清洗的目的。
圖4是將提樣管10的尖端插入高溫反應(yīng)溶液7，在保護(hù)氣體壓力下含有半導(dǎo)體膠體納米晶的溶液通過(guò)提樣管10導(dǎo)入樣品瓶8。
圖5是提取完畢，拉起提樣管10，使其尖端離開高溫反應(yīng)溶液7，中止提液過(guò)程。
實(shí)施例3本發(fā)明的效果圖6是在合成CdSe納米晶的反應(yīng)開始后的第3分鐘，用背景技術(shù)和本發(fā)明的提取工具分別提取一個(gè)樣品后所測(cè)量得到的吸收光譜，其中較粗曲線是用本發(fā)明的工具提取到的樣品的吸收光譜，較細(xì)曲線是用注射器提取到的同一反應(yīng)時(shí)間的樣品的吸收光譜。由圖6中的較窄的光譜峰寬可知，用本發(fā)明的方法和提取工具提取到的CdSe納米晶的單分散性比用背景技術(shù)提取到的要好。
圖7是在合成CdSe納米晶的反應(yīng)開始后的第4秒鐘，用本發(fā)明的提取工具提取到的樣品所測(cè)量得到的吸收光譜，這僅僅是提取到的初期樣品的一個(gè)代表；用本發(fā)明的方法和提取工具，反應(yīng)開始后第1秒和前幾秒的樣品都可以很容易地被提取到，從而為很少觀測(cè)到的半導(dǎo)體納米晶成核過(guò)程的研究提供了有力的數(shù)據(jù)。
實(shí)施例4一種帶有瓶口膠塞的樣品瓶見(jiàn)圖8，樣品瓶8用瓶口膠塞18塞緊，提樣管10通過(guò)樣品瓶瓶口膠塞18插入冷卻液中；排氣管19通過(guò)瓶口膠塞18插進(jìn)瓶口。排氣管19在提樣管10的尖端經(jīng)頸口膠塞3插入三頸瓶1，但沒(méi)有進(jìn)入高溫反應(yīng)溶液7時(shí)將先排出空氣，而后排出保護(hù)氣體，從而使樣品瓶8內(nèi)充滿保護(hù)氣體；再將提樣管10的尖端插入高溫反應(yīng)溶液7提取樣品。這樣的結(jié)構(gòu)能夠使進(jìn)入樣品瓶8的半導(dǎo)體膠體納米晶溶液絲毫不與空氣接觸，從而保護(hù)了半導(dǎo)體納米晶的質(zhì)量和消除了在手套箱進(jìn)一步處理的繁瑣，并且使半導(dǎo)體納米晶能夠被保存較長(zhǎng)的時(shí)間以備日后進(jìn)一步的研究和應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種提取半導(dǎo)體膠體納米晶的方法，是在無(wú)氧無(wú)水和氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)的schlenk系統(tǒng)中進(jìn)行的，所說(shuō)的schlenk系統(tǒng)的反應(yīng)合成部分由三頸瓶(1)構(gòu)成，其三個(gè)頸分別是保護(hù)氣體充氣口(4)、塞有頸口膠塞(3)的提液口(2)和溫控口(5)；其特征在于，使用一個(gè)一端帶尖的彎曲的提樣管，用其尖端(14)穿刺密封提液口(2)的頸口膠塞(3)，另一端置于樣品瓶(8)的冷卻液中；再將尖端(14)插到高溫反應(yīng)溶液(7)液面之下，高溫反應(yīng)溶液(7)里反應(yīng)生成的半導(dǎo)體膠體納米晶隨溶液被自動(dòng)壓進(jìn)裝有冷卻液的樣品瓶(8)內(nèi)。
2.按照權(quán)利要求1所述的提取半導(dǎo)體膠體納米晶的方法，其特征在于，是在帶彎的提樣管的尖端穿刺密封提液口(2)的頸口膠塞(3)之前，樣品瓶(8)用樣品瓶瓶口膠塞(18)塞緊，提樣管(10)通過(guò)樣品瓶(8)的瓶口膠塞(10)插入冷卻液中，排氣管(19)通過(guò)樣品瓶瓶口膠塞(10)插進(jìn)瓶口。
3.一種權(quán)利要求1使用的半導(dǎo)體膠體納米晶溶液的提取工具，其特征在于，所說(shuō)的提取工具是提樣管(10)；提樣管是一個(gè)彎曲的細(xì)管，內(nèi)徑為0.5mm～2mm，前段端頭是針尖樣的尖端(14)；用不銹鋼管或聚四氟乙烯管或銅管或石英管制作。
4.按照權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體膠體納米晶溶液的提取工具，其特征在于，所說(shuō)的提樣管，長(zhǎng)度為12cm～35cm；其中前段(11)的長(zhǎng)度為6cm～18cm，后段(13)的長(zhǎng)度為5cm～15cm，中間的弧線段(12)長(zhǎng)度為1cm～3cm，前段(11)和后段(13)的夾角在30°～150°。
全文摘要
本發(fā)明的提取半導(dǎo)體膠體納米晶的方法及其提取工具屬于液體的密封傳輸方法領(lǐng)域。本發(fā)明的方法是在無(wú)氧無(wú)水和氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)的schlenk系統(tǒng)中進(jìn)行的，系統(tǒng)由三頸瓶1構(gòu)成，三個(gè)頸是保護(hù)氣體充氣口4、塞有頸口膠塞3的提液口2和溫控口5；使用一端帶尖的彎曲的提樣管10，用其尖端穿刺頸口膠塞3；再將尖端插到高溫反應(yīng)溶液7液面之下，半導(dǎo)體膠體納米晶隨溶液被自動(dòng)壓進(jìn)裝有冷卻液的樣品瓶8內(nèi)。本發(fā)明的提樣方法操作簡(jiǎn)單、提高工作效率和節(jié)約成本；能自動(dòng)清洗提樣管，能研究納米晶的成核過(guò)程；樣品沒(méi)有絲毫的暴露在空氣中；樣品會(huì)在不到1秒的時(shí)間內(nèi)被壓進(jìn)樣品瓶和撲滅反應(yīng)；每次提取出來(lái)的樣品的單分散性好。
文檔編號(hào)C30B35/00GK1762603SQ200510017120
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2005年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月9日
發(fā)明者戴全欽, 闞世海, 李冬妹, 陳海勇, 鄒廣田 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)