基于离散型超四面体镉铟硫无核纳米团簇的组份精确掺杂及其光电、荧光性能调控研究

发布时间：2019-10-08 03:28

【摘要】：金属硫族超四面体纳米团簇是由几十个乃至几百个原子通过共价键形成的具有立方相硫化锌碎片结构的原子聚集体,起到连接小分子簇合物和凝胶半导体纳米粒子的桥梁作用。由此类团簇构筑的固态开放骨架半导体材料显著有别于传统的浓密相II-VI族半导体材料,逐渐成为半导体材料学家的研究热点。尽管近十年来,此类团簇的种类不断增多,且尺寸不断增大,然而针对团簇中多元组份分布问题以及团簇内特定位点精确掺杂问题的研究仍显不足。了解并实现纳米团簇中的组份有序分布和精确掺杂有助于构建结构与性能的关系,并为新型半导体材料的设计合成和性能调控提供理论支持。本论文集中研究了离散型金属硫族半导体超四面体纳米团簇的设计合成、后掺杂修饰及光电性能调变。我们通过超强碱参与的溶剂热合成方法成功制备了一例基于镉铟硫无核纳米团簇的半导体材料化合物,并依据其结构特点对它实施了金属离子精确掺杂研究,深入探讨了掺杂样品的光学和光电性能变化。具体研究内容如下:(1)通过两步合成法在一个具有类似“核壳结构”的Cd-In-S无核纳米团簇中实现了多元组份的有序分布和铜离子精确掺杂。我们首先制备了一例基于空心超四面体硫族Cd-In-S纳米团簇的半导体材料(命名为ISC-10-Cd In S),然后通过扩散法将单个铜离子引入团簇的中心空缺位,获得一例Cu-Cd-In-S四元组份的纳米团簇,实现了固态半导体材料的精确掺杂。单个铜离子的引入显著提升了母体材料在可见光区的光电响应性能。(2)采用两步法成功将二价锰离子掺杂到Cd-In-S无核纳米团簇的中心空位,实现了锰离子掺杂剂在主体半导体材料晶格中的有序分布。通过荧光(PL),X射线光电子能谱(XPS)以及电子顺磁共振(EPR)等分析手段证实了锰离子被引入到纳米团簇中心空位。与主体材料较弱的蓝绿光发射(约490 nm)不同,锰离子掺杂后的样品表现出很强的红光发射(室温下为630 nm,30K下为654 nm),这相对于传统锰离子掺杂的II-VI族半导体材料的橙光发射(约585 nm)发生了明显红移。通过大量的对比试验和荧光动力学分析,我们明确了掺杂诱导的荧光发射机理。(3)基于单相半导体ISC-10-Cd In S材料,我们进一步阐明了其作为近紫外或蓝光激发下荧光粉转换白光LED的可能性。单一锰离子掺杂或单一铜离子掺杂使母体样品分别发射红橘光和淡黄光。通过对母体样品实施铜锰离子共掺杂或者通过把母体样品与两种单一掺杂样品按一定比例机械混合,均可在近紫外光激发下实现光区较宽的白光发射(从450到800 nm)。
【图文】：

模型图,半导体纳米材料,掺杂机制,模型

铟硫无核纳米团簇的组份精确掺杂及其光电、荧光性能调控研究第二种掺杂模型为自净模型[18]。在这种模型下，相同远远低于其在同组组份的体相材料。这意味着这样的比在体相材料中低。于是在热力学平衡的驱动下，掺而大大影响到掺杂质量。第三种掺杂模型为动力学模热力学平衡理论在多数掺杂方法中不再使用，因为它扩散所需温度，此时的扩散可以被忽略不计。这种情纳米晶体表面的附着时间和纳米晶体自身的生长速体表面吸附并被后续生长的主体所包覆时，即可以中，纳米晶体的晶体结构和表面态成为影响掺杂的

示意图,纳米团簇,尺寸范围,示意图

图 1-2. 纳米团簇的尺寸范围示意图纳米团簇因其自身特殊的结构和性质，成为无机化学材料合成领域一个十分活研究热点。研究者将它们定义为由几个至上千个原子、分子或离子通过物理或化合力组成的相对稳定的微观和亚微观聚集体。其尺寸分布范围可以从图1-2中看是一类介于原子、分子和宏观固体之间的新型物质结构，是凝聚态物质中的一种构，代表了凝聚态物质的初始状态。纳米团簇的物理、化学性能既不同于单个原子子，又不同于常规固体，是各种物质由原子分子向大块物质转变的过渡状态。传纳米团簇有贵金属纳米团簇、碳硼烷、富勒烯以及杂多酸（POM）等等。在近年里，金属硫族超四面体纳米团簇作为新兴的晶态半导体材料受到了极大的关注较于传统的纳米团簇，，金属硫族超四面体纳米团簇以其自身特有的半导体特性在材料方面的应用研究中表现出越来越多的优势。例如，大多数金属硫族化合物都较宽的带状电子结构，其光学吸收范围可以从紫外区跨越到红外区。这类半导体
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1

【相似文献】