高效环保型InP量子点研究
发布时间：2022-02-09 22:36
量子点（QDs）是一种新型的半导体材料,由于带隙可调和良好的光致发光性能备受瞩目,被广泛应用于生物医学、细胞成像等领域。近年来,镉基量子点,由于光学性能优异而广受显示、照明领域的欢迎。但镉元素的生物毒性限制了镉基量子点在免疫分析、生物医学等领域的应用,对环境和人体都有巨大危害。本文研究的对象是无镉量子点磷化铟（InP）,探究了发光原理,合成方法与器件应用等内容。当前InP量子点还存在量子产率较低,无法大规模生产等问题,严重制约了InP QDs的应用。本研究采用核壳结构解决InP量子点量子产率不高的问题,对InP分别包覆不同的壳层（ZnSe和ZnS）和不同厚度的壳层,通过对比分析发现硒化锌（ZnSe）在一定程度上可以兼顾带隙和晶格常数（ZnSe 5.66?）的问题,但由于ZnSe的势垒较小,核心内的电子和空穴不易被限制,容易跃迁至壳层,导致光谱红移,而为了得到绿光,需要将核心尺寸减小,使之色彩更纯。当体积较小时,比表面积相对较大,因此表面缺陷增多,量子产率大大降低,并且其自身的化学稳定性也制约ZnSe的应用。通过摸索最佳反应温度、时间、投料比,最后我们发现硫化锌（ZnS）为最佳的包覆层,...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
晶体材料的能带随着尺寸的变化图[12]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-7-1.2.3量子点的发光机理量子点是一种半导体材料，尺寸小于或者等于波尔激子半径，由充满电子的价带和半满或者未满电子的导带组成。对于粒径大小不同的量子点，其分裂的能级也不相同，当量子点粒径越小，禁带宽度就越宽。量子点的粒径和带宽成负相关。当量子点被光激发后，如图1-2所示，基态电子吸收能量跃迁到导带，成为激发态电子，这样在被激发的电子原来位置上会留有一个空穴，空穴与激发态的电子形成了电子-空穴对，随后激发态电子跃迁回基态又变为基态电子，并且释放能量从而发光，这就是量子点的第一发光形式-辐射复合[43]。图1-2量子点的发光原理示意图[43]除此之外，量子点发光方式还有其他两种。辐射发光的波长取决于量子点的禁带宽度，禁带宽度又是由量子点粒径决定的，也就是发光波长最终决定于量子点粒径大校所以量子点的发光波长和范围可以通过调控尺寸大校第二种是电子与表面缺陷的复合发光，由于量子点尺寸小，相对来说具有更大的比表面积，因此表面的缺陷增多，当电子跃迁回基态时，缺陷可以捕获电子，导致大部分的电子猝灭，从而发光效率非常低。第三种是电子和杂质的复合发光，这也是掺杂的原理，掺杂的离子能够在能级结构中形成杂质能级。当跃迁回基态的电子与杂质能级复合，也能够释放能量从而发光。1.2.4量子点的应用量子点具有独特的光学性质和物化性质，使得它在显示领域，能源领域，太阳能电池，医学领域以及生物领域有着巨大的应用前景。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-8-（1）量子点在显示领域的应用由于随着人们生活要求越来越高，而量子点在发光色度上更高，饱和度更好，所以量子点在显示市场的应用潜力非常大，最常见的应用方式即如图1-3量子点发光二极管(QLED)和如图1-4所示QD-LCD。图1-3QLED原理图[44]如图1-3所示为QLED原理图，发光层为量子点，这是与有机发光二极管（OLED）最大的区别，空穴与电子注入发光层形成光子发光。图1-4QD-LCD原理图QLED可以实现柔性显示，厚度很薄，也很轻巧，响应时间快，可视角较大。量子点能够作为显示使用就是因为它的光致发光性能，而QD-LCD如图所示1-4，就是在发射蓝光的LED面前放置带有红色量子点和绿色量子点的薄膜，这样在蓝光的照射下可以量子点可以发出红光和绿光然后和原色蓝光混合形成需要的白色背光[44]。量子点LED有很多优点，比如它可以由胶体溶液制成，材料要求低，并且颜色可以通过调控量子点尺寸来间接调控，理论来说，量子点LED的耗能也比OLED更低，同等画质下节能为两倍，而亮度提升了30%-40%，色彩饱和度更高，控制量子点尺寸调节颜色，无需“彩色过滤器”“阴罩”，精度高，他的材料是无机物，有更好的抗水性和抗氧抗侵蚀能力。在光学膜片，反射片涂层，扩散板
【参考文献】：
期刊论文
[1]近红外Ag2S量子点的合成及在生物成像中的应用[J]. 张丹,于金海,李冬泽,周淼,张颖. 高等学校化学学报. 2018(04)
[2]一种新型的多用途发光量子点——InP[J]. 尉紫冰,马皓天,李旭,关丽. 物理通报. 2017(10)
[3]Ag∶InP/ZnSe纳米晶的合成与生物成像[J]. 亢艳艳,戚卉,周淼,张颖,庄家琪,杨军星,王博蔚. 高等学校化学学报. 2017(09)
[4]量子点的合成方法与展望[J]. 杨芳淼,金哲明,孙可心,谭明月. 科技创新与应用. 2016(12)
[5]量子点及其合成研究中的常用表征技术简介[J]. 徐之冀,胡育筑,严拯宇. 化学通报. 2011(10)
[6]量子点太阳电池的探索[J]. 彭英才,傅广生. 材料研究学报. 2009(05)
[7]量子点在生物医学领域的应用[J]. 王雅丽,张玉成,张桂珍. 中国实验诊断学. 2009(06)
[8]CdSe量子点的线性和非线性光学特性[J]. 朱宝华,王芳芳,张琨,马国宏,顾玉宗,郭立俊,钱士雄. 物理学报. 2008(10)
[9]量子点的应用概论[J]. 田宇光,陈优生. 科技信息(学术研究). 2008(09)
[10]Novel Strategy for Synthesis of High Quality CdTe Nanocrystals in Aqueous Solution[J]. YAN Yu-xi1,2, MU Ying1, FENG Guo-dong2, ZHANG Lei2, ZHU Lin-lin2, XU Ling2, YANG Rui2 and JIN Qin-han1,2 1. Research Center for Analytical Instrumentation, College of Information Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, P. R. China; 2. Jilin Province Research Center for Engineering Technology of Analytical Instrumentation, College of Chemistry, Jilin University, Changchun 130021, P. R. China. Chemical Research in Chinese Universities. 2008(01)
博士论文
[1]强荧光量子点的合成、性质及其在生物标记方面的应用[D]. 沈冉.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]ZnSe量子点和Znx Cd1-xSe量子点的水相制备及表征[D]. 张丹宁.浙江师范大学 2010
本文编号：3617762
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
晶体材料的能带随着尺寸的变化图[12]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-7-1.2.3量子点的发光机理量子点是一种半导体材料，尺寸小于或者等于波尔激子半径，由充满电子的价带和半满或者未满电子的导带组成。对于粒径大小不同的量子点，其分裂的能级也不相同，当量子点粒径越小，禁带宽度就越宽。量子点的粒径和带宽成负相关。当量子点被光激发后，如图1-2所示，基态电子吸收能量跃迁到导带，成为激发态电子，这样在被激发的电子原来位置上会留有一个空穴，空穴与激发态的电子形成了电子-空穴对，随后激发态电子跃迁回基态又变为基态电子，并且释放能量从而发光，这就是量子点的第一发光形式-辐射复合[43]。图1-2量子点的发光原理示意图[43]除此之外，量子点发光方式还有其他两种。辐射发光的波长取决于量子点的禁带宽度，禁带宽度又是由量子点粒径决定的，也就是发光波长最终决定于量子点粒径大校所以量子点的发光波长和范围可以通过调控尺寸大校第二种是电子与表面缺陷的复合发光，由于量子点尺寸小，相对来说具有更大的比表面积，因此表面的缺陷增多，当电子跃迁回基态时，缺陷可以捕获电子，导致大部分的电子猝灭，从而发光效率非常低。第三种是电子和杂质的复合发光，这也是掺杂的原理，掺杂的离子能够在能级结构中形成杂质能级。当跃迁回基态的电子与杂质能级复合，也能够释放能量从而发光。1.2.4量子点的应用量子点具有独特的光学性质和物化性质，使得它在显示领域，能源领域，太阳能电池，医学领域以及生物领域有着巨大的应用前景。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-8-（1）量子点在显示领域的应用由于随着人们生活要求越来越高，而量子点在发光色度上更高，饱和度更好，所以量子点在显示市场的应用潜力非常大，最常见的应用方式即如图1-3量子点发光二极管(QLED)和如图1-4所示QD-LCD。图1-3QLED原理图[44]如图1-3所示为QLED原理图，发光层为量子点，这是与有机发光二极管（OLED）最大的区别，空穴与电子注入发光层形成光子发光。图1-4QD-LCD原理图QLED可以实现柔性显示，厚度很薄，也很轻巧，响应时间快，可视角较大。量子点能够作为显示使用就是因为它的光致发光性能，而QD-LCD如图所示1-4，就是在发射蓝光的LED面前放置带有红色量子点和绿色量子点的薄膜，这样在蓝光的照射下可以量子点可以发出红光和绿光然后和原色蓝光混合形成需要的白色背光[44]。量子点LED有很多优点，比如它可以由胶体溶液制成，材料要求低，并且颜色可以通过调控量子点尺寸来间接调控，理论来说，量子点LED的耗能也比OLED更低，同等画质下节能为两倍，而亮度提升了30%-40%，色彩饱和度更高，控制量子点尺寸调节颜色，无需“彩色过滤器”“阴罩”，精度高，他的材料是无机物，有更好的抗水性和抗氧抗侵蚀能力。在光学膜片，反射片涂层，扩散板
【参考文献】：
期刊论文
[1]近红外Ag2S量子点的合成及在生物成像中的应用[J]. 张丹,于金海,李冬泽,周淼,张颖. 高等学校化学学报. 2018(04)
[2]一种新型的多用途发光量子点——InP[J]. 尉紫冰,马皓天,李旭,关丽. 物理通报. 2017(10)
[3]Ag∶InP/ZnSe纳米晶的合成与生物成像[J]. 亢艳艳,戚卉,周淼,张颖,庄家琪,杨军星,王博蔚. 高等学校化学学报. 2017(09)
[4]量子点的合成方法与展望[J]. 杨芳淼,金哲明,孙可心,谭明月. 科技创新与应用. 2016(12)
[5]量子点及其合成研究中的常用表征技术简介[J]. 徐之冀,胡育筑,严拯宇. 化学通报. 2011(10)
[6]量子点太阳电池的探索[J]. 彭英才,傅广生. 材料研究学报. 2009(05)
[7]量子点在生物医学领域的应用[J]. 王雅丽,张玉成,张桂珍. 中国实验诊断学. 2009(06)
[8]CdSe量子点的线性和非线性光学特性[J]. 朱宝华,王芳芳,张琨,马国宏,顾玉宗,郭立俊,钱士雄. 物理学报. 2008(10)
[9]量子点的应用概论[J]. 田宇光,陈优生. 科技信息(学术研究). 2008(09)
[10]Novel Strategy for Synthesis of High Quality CdTe Nanocrystals in Aqueous Solution[J]. YAN Yu-xi1,2, MU Ying1, FENG Guo-dong2, ZHANG Lei2, ZHU Lin-lin2, XU Ling2, YANG Rui2 and JIN Qin-han1,2 1. Research Center for Analytical Instrumentation, College of Information Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, P. R. China; 2. Jilin Province Research Center for Engineering Technology of Analytical Instrumentation, College of Chemistry, Jilin University, Changchun 130021, P. R. China. Chemical Research in Chinese Universities. 2008(01)
博士论文
[1]强荧光量子点的合成、性质及其在生物标记方面的应用[D]. 沈冉.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]ZnSe量子点和Znx Cd1-xSe量子点的水相制备及表征[D]. 张丹宁.浙江师范大学 2010
本文编号：3617762
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