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金颗粒表面激元调控的壳核量子点发光膜组装及其性能研究

发布时间:2020-05-30 20:50
【摘要】:量子点(QD)发光薄膜正逐步取代荧光粉薄膜并广泛用于各种显示器件中。硒化镉(CdSe)量子点因其化学性质稳定、发光波长可调性高及可溶液法制备等优良特性被广泛应用于量子点发光薄膜。量子点发光薄膜仍存在量子点光学性能差、薄膜制备成本高、复合薄膜发光效率不佳等问题。本文首先制备高效率CdxZn1-xSeyS1-y核壳量子点,随后利用低成本组装技术制备量子点发光薄膜。并进一步结合金纳米颗粒表面激元荧光增强特性,组装得到高性能Au/PDDA/QD、Au/Si02/QD表面激元调控量子点发光薄膜,并研究其光学性能及相应荧光增强特性,主要研究内容如下:首先利用高温热注入法,以氧化镉(CdO)为镉源,硒粉(Se)作为硒源,二水合醋酸锌为锌源,硫粉为硫源分别制备油相的CdSe、CdxZn1-xSeyS1-y量子点,并利用配体交换方法,以巯基丙酸交换油酸配体进而制备水相量子点。研究不同反应时间,不同比例的前驱体等工艺参数对于量子点性能的影响。当前驱体比例Se/Cd=0.25时,制备得到CdSe量子点量子产率为43%;当前驱体比例Se/Cd=15时,制备所得到壳核量子点产率达到90%,半峰宽为20nm,粒径为13nm且分布均一,荧光寿命为13ns并且近单指数衰减(拟合优度1.29)。当所加巯基丙酸体积为5ml时,制备所得到水溶性量子点量子产率为80%,荧光寿命为15.6ns。其次,以柠檬酸三钠为还原剂,四氯金酸为金源制备金纳米颗粒,以聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)作为表面活性剂,并利用层层组装技术,组装出[PDDA/QD]n结构量子点发光薄膜以及Au/PDDA/QD结构表面激元荧光增强发光薄膜。当薄膜层数逐渐增加时,荧光强度逐渐增强、吸光度逐渐增加。当所加柠檬酸三钠溶液分别为0.7ml,1ml,5ml,10ml时制备的金纳米粒径分别为54nm,42nm,23nm,13nm,且金纳米颗粒组装时间为5分钟时分别获得2.5,6.8,11.8,4.3倍的荧光增强特性。而42nm金颗粒组装1min时获得15倍荧光增强特性。为了进一步提高量子点发光薄膜发光性能,以三二甲氨基硅烷(TDMAS)和臭氧作为前驱体,借助于ALD工艺生长SiO2薄膜作为绝缘层,形成Au/SiO2/QD结构的表面激元增强量子点发光薄膜。研究结果表明:在基底上可得到致密的Si02薄膜,该薄膜中Si:O=1:2.105;当所制备SiO2厚度2-8nm时,荧光增强倍数在2.3-24倍范围内可调,其中当Si02厚度为4nm时,可得到24倍荧光增强量子点发光薄膜,且薄膜荧光寿命降低到0.448ns。
【图文】:

等离子激元,金属增强,量子点,荧光显微镜


面的局域光场或电场强度倍增,从而极大提升量子点材料发光效率147491。贵金属逡逑等离子体激元耦合作用本质是当外界入射光的频率(波长)与贵金属表面固有电逡逑子振动频率(波长)相近或者一致时,形成局域等离子体激元共振。如图1-1所示,逡逑2006年,POMPA等利用电子束刻蚀技术得到金纳米阵列,实现对CdSe量子逡逑点薄膜30倍荧光增强效果。而Jung-Hoon邋Song等M设计的Ag纳米颗粒阵列增逡逑强CdSe/ZnS发光膜得到50倍荧光增强效果。2014年,Zhang等W等化学刻蚀逡逑技术制备三维多孔金纳米阵列,得到100倍荧光增强效果。使用电子刻蚀技术得逡逑到的荧光增强,虽然一定程度获得明显等离子荧光增强效果,但由于需要电子束逡逑3逡逑

量子点,制备流程,核壳


将制备得到的量子点溶解在正己烷中,将量子点溶液和丙酮按照体积之比为1:4,逡逑8000rpm、lOmin离心,最后将量子点溶液溶解在正己烷中形成澄清透明溶液。逡逑0(1)^111_)(864^量子点具体的合成流程图如图2-1所示。逡逑Sefi邋谦邋_逡逑0.7intxiol逦丨...逦%煎畏ǚ掊义希樱濉ⅲ印藕蟇 H邋|逦_逡逑加热搜拌逦测试表征逡逑一样屖^逡逑图2-1核壳量子点制备流程图逡逑2.3结果与讨论逡逑2.3.1不同前驱体比例对CdSe影响逡逑如图2-2及图2-3为不同比例前驱体、不同时间制备得到的CdSe量子点光逡逑学性能。我们保持初始的氧化镉物质的量一定,改变前驱体硒粉物质的量,从而逡逑研宄不同物质的量的硒粉对CdSe量子点光学性能的影响。量子点荧光量子产率逡逑定义为量子点发射的光子与吸收的光子数量之比。量子点吸收外界高能级光子后,逡逑使得处于基态的电子跃迁至高能级并经过振动弛豫过程,回到带边高能级后电子逡逑空穴发光辐射光子。但是由于量子点表面会存在缺陷等因素,使得电子或者空穴逡逑被缺陷捕获,电子空穴无法复合,因此无法产生荧光辐射。本章荧光量子产率的逡逑计算通过与罗丹明B进行比较得到。逡逑从图2-2及图2-3中可以看出,随着反应时间由10s增加到600s,量子产率逡逑整体出现大幅度降低的趋势,,尤其是当前驱体比例大于1:1,量子产率下降尤为逡逑明显
【学位授予单位】:福州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O471.1

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本文编号:2688704

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