本技术涉及半导体发光材料领域,提供了一种新型的锰掺杂幻数纳米团簇及其制备方法和应用。该技术利用锰离子源、硒前驱体、锌前驱体和反应介质作为原料,通过特定工艺制备出锰掺杂ZnS纳米团簇,具有优异的发光性能。
背景技术
半导体发光材料是现代光电子器件的核心组成部分,广泛应用于发光二极管(LED)、激光器和光电探测器等设备中。半导体发光材料根据其发光颜色和应用领域,可以分为红光发射材料、绿光发射材料、蓝光发射材料、黄光发射材料等多种类型。这些材料的光学性质和物理化学特性使其在显示技术、照明和生物医学等领域具有重要应用。半导体纳米晶作为纳米材料科学研究的重要组成部分,因其具有非常优异的物理和化学性质被广泛应用于光电子学、纳米电子学、光子、量子计算机和生命科学等方面。
其中,红光发射材料的发射光范围通常在可见光的长波端,大约在610-700纳米(nm)之间。红光发射材料在显示器、照明设备以及生物成像等领域具有重要应用,常见的红色发光材料包括稀土铕配合物、金属卟啉配合物和金属钌配合物等。
幻数团簇(Magic-Size Clusters,MSCs)是一类具有特定原子数和精确空间结构的半导体纳米材料。它们在合成过程中与胶态半导体量子点(Quantum Dots,QDs)的形成路径紧密相关,对于理解和控制半导体纳米材料的光学和电子性质至关重要。幻数团簇的研究有助于丰富和完善半导体QDs的经典和非经典成核理论,探讨半导体纳米材料的构效关系,推进半导体QDs的应用研究。幻数团簇被视为胶态半导体量子点的前驱体,它们在成核前的诱导期内生成,并且可以转化为具有特征光学吸收的MSCs。
锰掺杂作为一种独特的调控半导体纳米晶物理化学性质的手段,是在主体半导体纳米晶中引入少量的顺磁性的锰离子(S=5/2),从而生成名为“稀磁半导体(DMS)”的纳米材料。
锰掺杂ZnSe半导体纳米晶的光致发光是源自Mn2+
的d-d轨道光禁阻跃迁(4
T1
-6
A1
),荧光发射峰波长在~585nm处,拥有比本征ZnSe半导体纳米晶更强的特征荧光发射,该特征荧光发射对光、热和化学具有较好的稳定性。相较于传统II-VI族镉系半导体纳米晶,锰掺杂ZnSe半导体纳米晶不仅能够具有出众的荧光特性,而且还能够一定程度上解决光稳定性和镉系半导体纳米晶的毒性等问题。过渡金属离子锰掺杂硒化锌半导体纳米晶(Mn:ZnSeQDs),因其独特的磁学和光学性质引起了科学家们的广泛关注。
虽然目前已经有很多关于锰掺杂ZnSe量子点的合成及其光学性质研究,但现有的锰掺杂方法条件苛刻,反应温度高,荧光效率低,阴离子前驱体制备困难,需严格控制。
实现思路