一種納米晶摻雜光學玻璃的製備方法
2023-06-02 14:55:51 2
一種納米晶摻雜光學玻璃的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種納米晶摻雜光學玻璃的製備方法，屬於光學材料製備【技術領域】。首先將油溶性半導體納米晶材料與高沸點有機溶劑相混合，加入表面配體，得到反應產物，將反應產物溶於溶劑中，得到醇溶性納米晶材料；製備包括醇溶劑、(3-巰基丙基)三甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、二乙氧基二甲基矽烷、(3-氨基丙基)三乙氧基矽烷的預混合液，將醇溶性納米晶材料或油溶性納米晶材料與預混合液相混，加入添加劑，形成溶膠後，密封，靜置固化，得到光學玻璃材料。本製備方法的工藝過程簡單，無需高溫高壓實驗環境，因此產品成本低廉，形成光學玻璃的預混合液可長時間不固化，便於運輸和儲存。
【專利說明】一種納米晶摻雜光學玻璃的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種納米晶摻雜光學玻璃的製備方法，屬於光學材料製備【技術領域】。【背景技術】
[0002]光學玻璃是光電技術產業的基礎和重要組成部分。特別是在20世紀90年代以後，隨著光學與電子信息科學、新材料科學的不斷融合，作為光電子基礎材料的光學玻璃在光傳輸、光儲存和光電照明顯示三大領域的應用更是突飛猛進，成為社會信息化尤其是光電信息技術發展的基礎條件之一。
[0003]光學玻璃主要作用是改變光的傳播方向，或改變紫外、可見以及紅外光的相對光譜分布。目前常用的光學玻璃主要通過在玻璃中摻入稀土元素或重金屬元素，從而達到改變玻璃折射率、光譜透過率的效果。除了常用的透鏡、稜鏡和反射鏡等無色光學玻璃外，廣義的光學玻璃還包括有色光學玻璃、雷射玻璃、光轉換玻璃、石英光學玻璃、抗輻射玻璃、紫外紅外光學玻璃和光致變色玻璃等。其中，光轉換玻璃是一類可對光功率分布進行調節的光學玻璃材料，在照明顯示領域有著極為廣泛的應用前景。但是目前的光轉換玻璃依然依靠稀土或重金屬摻雜的方式製備，其光轉換效率較低，而且可轉換的波長範圍受限，不易調節。
[0004]半導體納米晶是一類新型光電材料，目前製備工藝較為成熟的有I1-VI族、II1-V族、1-1I1-VI族以及金、銀等貴金屬納米晶材料，這些材料具有尺寸小、易分散、製備方法簡便、對光波具有選擇透過性、發射光譜可精細調控、發光效率高等特點，在顯示照明、光電轉換、光電探測、雷射以及非線 性光學領域有著廣泛的應用前景。然而，目前半導體納米晶材料主要通過油相溶液化學法合成，得到的半導體納米晶材料主要以膠體的形式分散於有機溶劑中，不便於使用和儲存；同時，由於其粒徑小，比表面積大，使得其膠體粒子的光、熱及化學穩定性較差，這些問題都極大地限制了半導體納米晶在光學【技術領域】的應用。
[0005]將半導體納米晶材料與二氧化矽、二氧化鈦等透明介質複合製備出一種光學玻璃，使其具有納米晶獨特的光學性質的同時能夠保持玻璃材料的高透明性且具有一定的力學強度，可用於LED白光照明、生態轉光照明、顯示器背光源以及非線性光學研究等領域，具有重要的應用價值和潛在的市場前景。在這一方面，前人已經做過很多嘗試，然而目前還沒有完美的路線能夠製備半導體納米晶摻雜的光學玻璃，所存在的主要問題如下:(I)由於界面相容性問題，無法在高摻雜濃度的同時保持光學玻璃器件的透明性。(2)複合過程對納米晶破壞嚴重，其螢光性能變差。(3)由於溶膠-凝膠法製備二氧化矽塊體材料容易發生開裂的情況，無法獲得大面積且形狀規則的光學玻璃器件。(4)摻雜方法適用的半導體納米晶種類少，應用範圍受到限制。
[0006]綜上所述，由於目前高質量的半導體納米晶材料主要通過油相溶液法合成，獲得的油溶性納米顆粒與溶膠-凝膠法的醇-水體系兼容性差，無法獲得具有高質量光學性能的複合材料。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提出一種納米晶摻雜光學玻璃的製備方法，針對上述問題，提供了一種通過溶膠-凝膠法製備摻雜有納米晶的光學玻璃的工藝流程以獲得摻雜有高濃度納米晶的高透明性大面積光學玻璃。
[0008]因此本發明的目的之一在於提供一種工藝簡便、產率高、能夠很好保持納米晶螢光性能的配體交換方法，以獲得高質量的醇溶性納米晶材料。
[0009]本發明的目的之二在於提供一種基於上述配體交換方法獲得的納米晶材料或油溶性納米晶材料，通過溶膠-凝膠法與二氧化矽等透明介質複合獲得光學玻璃的製備工藝；
[0010]本發明的目的之三在於提供所述光學玻璃在LED照明、顯示器背光源及濾光片等器件中的應用方案。 [0011]本發明提出的納米晶摻雜光學玻璃的製備方法，包括以下步驟:
[0012](I)將油溶性半導體納米晶材料按I~50mg/mL的質量濃度與高沸點有機溶劑相混合，在高純氮氣或氬氣惰性氣體保護下加熱至120~200°C，得到混合溶液；其中所述的半導體納米晶材料為 Au、CuInS2/ZnS、CuInSe2/ZnS、InP, ZnSe, CdSe/ZnS、Cul8S 或 Fe3O4 中的任何一種，所述的高沸點有機溶劑為十八烯、N，N-二甲基甲醯胺、二甲基亞碸、乙二醇、丙三醇、三辛基磷或三辛基氧磷中的任何一種；
[0013](2)向上述混合溶液中加入表面配體，加入的摩爾比為:混合溶液:表面配體=(I~1000): 1，經過5~30分鐘的攪拌，得到反應產物，其中所述的表面配體為6-巰基己醇、6-氨基己醇、11-巰基十一醇、11-巰基十一烷酸或穀胱甘肽中的任何一種；
[0014](3)將步驟⑵的反應產物溶於溶劑中，所述的溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇、N，N_二甲基甲醯胺或二甲基亞碸，再加入丙酮或正己烷，得到沉澱，對沉澱進行離心分離，離心分離轉速為7000rpm，離心分離時間為3分鐘後，倒去上清液取下層沉澱，重複本步驟二到三次，得到醇溶性納米晶材料；
[0015](4)將醇溶劑、(3-巰基丙基)三甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、二乙氧基二甲基矽烷、(3-氨基丙基)三乙氧基矽烷按表1所示體積比共混，得到預混合液，所述的醇溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇或正丁醇中的任何一種；
[0016]表1預混合液各組分體積比
[0017]
【權利要求】
1.一種納米晶摻雜光學玻璃的製備方法，其特徵在於該方法包括以下步驟: (1)將油溶性半導體納米晶材料按1~50mg/mL的質量濃度與高沸點有機溶劑相混合，在高純氮氣或氬氣惰性氣體保護下加熱至120~200°C，得到混合溶液；其中所述的半導體納米晶材料為 Au、CuInS2/ZnS、CuInSe2/ZnS、InP, ZnSe, CdSe/ZnS、Cul8S 或 Fe3O4 中的任何一種，所述的高沸點有機溶劑為十八烯、N，N-二甲基甲醯胺、二甲基亞碸、乙二醇、丙三醇、三辛基磷或三辛基氧磷中的任何一種； (2)向上述混合溶液中加入表面配體，加入的摩爾比為:混合溶液:表面配體=(I~1000):1，經過5~30分鐘的攪拌，得到反應產物，其中所述的表面配體為6-巰基己醇、6-氨基己醇、11-巰基十一醇、11-巰基十一烷酸或穀胱甘肽中的任何一種； (3)將步驟(2)的反應產物溶於溶劑中，所述的溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇、N，N-二甲基甲醯胺或二甲基亞碸，再加入丙酮或正己烷，得到沉澱，對沉澱進行離心分離，離心分離轉速為7000rpm，離心分離時間為3分鐘後，倒去上清液取下層沉澱，重複本步驟二到三次，得到醇溶性納米晶材料； (4)將醇溶劑、(3_疏基丙基)二甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、二乙氧基二甲基矽烷、(3-氨基丙基)三乙氧基矽烷按表1所示體積比共混，得到預混合液，所述的醇溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇或正丁醇中的任何一種； 表1預混合液各組分體積比
【文檔編號】C03C14/00GK104016590SQ201410177799
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月29日 優先權日:2014年4月29日
【發明者】鍾海政, 柏澤龍, 樊世成, 鄒炳鎖 申請人:北京理工大學