Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米晶的掺杂调控合成及光电性能研究

发布时间：2017-05-20 14:16

  本文关键词：Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米晶的掺杂调控合成及光电性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文以半导体纳米晶的掺杂为主要研究对象,采用膦配体(如三丁基膦等)诱发的阳离子交换法合成掺杂有异价离子(如Cu~+、Ag~+),以及异价离子与同价离子(如Mn~(2+)、Co~(2+)、Ni~(2+)、Fe~(2+)等)的II-VI族半导体纳米晶,并对其荧光、电子掺杂态调控及磁学性能进行了研究。主要取得的成果及创新点如下:1.利用阳离子交换法制备出Cu~+掺杂的CdS纳米晶,通过X射线近边吸收谱(XANES)、X射线光电子能谱(XPS)及电子顺磁共振波谱(EPR)证实了可控浓度的取代性的异价Cu掺杂。紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命光谱等证实了以Cu~+掺杂为主导的掺杂发光,斯托克斯位移可达0.88 eV,有效解决掺杂过程中的自淬灭效应。掺杂发光为红色荧光,成双指数衰减,分别为0.2μs和1.3μs,绝对量子产率可达28.9%。紫外光电子能谱(UPS)确认了Cu~+掺杂的CdS为p型半导体。高度单分散的CdS纳米晶大规模自组装,将会加速其在光电器件上的应用。2.利用非晶的高度单分散的Ag_2X(X=S或Se)纳米颗粒作为离子交换的起始材料,通过调控离子交换反应中反应温度及Cd~(2+)加入量,得到可控浓度Ag~+掺杂的CdX纳米晶。紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命光谱等证实了以Ag~+掺杂为主导的掺杂发光,斯托克斯位移可达0.71 eV,掺杂发光为红色荧光,成双指数衰减,分别为0.2μs和1.3μs,绝对量子产率可达42%。以Ag~+掺杂的CdS纳米晶为研究对象,通过飞秒吸收光谱探究载流子在光激发过程中的动力学信息,从而得出产生较强的掺杂发光的机理。3.以非晶相的Ag_2S纳米结构作为离子交换的初始材料,通过调控Cd~(2+)及磁性离子(Co~(2+)、Mn~(2+)、Fe~(2+)、Ni~(2+))的加入量与反应温度,合成可控浓度的Ag~+及磁性离子共掺杂的CdS纳米晶。以AgMn离子共掺杂的CdS纳米晶为典型研究对象,通过超导电子干涉仪及电子自旋共振谱探究其磁性性能,ESR曲线显示清晰的6线劈裂的精细光谱,叠加在较宽的顺磁峰上,证实了Mn掺杂是以+2价离子态形式位于靠近CdS纳米晶表面的位置。此外,通过测量10 K和300 K的磁滞回线可以发现,Mn掺杂CdS的矫顽力分别为100 Oe和50 Oe,饱和磁化强度为0.04和0.01 emu/g,具有室温铁磁性。
【关键词】：掺杂纳米晶 阳离子交换 异价掺杂 掺杂发光 磁学性能
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 半导体纳米晶的制备方法及成长机理10-13
• 1.2.1 半导体纳米晶的制备方法10-12
• 1.2.2 生长机理12-13
• 1.3 半导体纳米晶的掺杂及其对性能的影响13-17
• 1.3.1 半导体纳米晶的掺杂13-15
• 1.3.2 掺杂对纳米晶性能的影响15-17
• 1.4 掺杂半导体纳米晶的发光原理17-18
• 1.5 半导体纳米晶的自组装18-19
• 1.6 半导体纳米晶的应用19-22
• 1.7 本论文的选题意义及主要内容22-24
• 1.7.1 选题意义22
• 1.7.2 研究内容22-24
• 第2章 Cu离子掺杂CdS纳米晶的制备及光电性能研究24-40
• 2.1 引言24-25
• 2.2 实验部分25-39
• 2.2.1 实验主要试剂25
• 2.2.2 样品制备步骤25-26
• 2.2.3 样品表征26-28
• 2.2.4 实验结果与讨论28-39
• 2.3 本章小结39-40
• 第3章 Ag离子掺杂的II-VI半导体纳米晶的合成及光电性能研究40-54
• 3.1 前言40-41
• 3.2 实验部分41-53
• 3.2.1 实验主要试剂41
• 3.2.2 样品制备步骤41-42
• 3.2.3 样品表征42-43
• 3.2.4 实验结果与分析43-53
• 3.3 本章小结53-54
• 第4章 Ag & Mx(Mx=Mn，Co，Ni，Fe)离子共掺杂的CdS纳米晶的制备及光、磁性能研究54-63
• 4.1 前言54-55
• 4.2 实验部分55-62
• 4.2.1 实验主要试剂55
• 4.2.2 样品制备步骤55
• 4.2.3 样品表征55-56
• 4.2.4 实验结果与讨论56-62
• 4.3 本章小结62-63
• 结论与展望63-65
• 参考文献65-77
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单77-78
• 致谢78

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 侯博;刘拥军;袁波;蒋峰芝;;半导体纳米晶在生物标记领域的应用[J];化学通报;2008年04期

2 苗世顶;姚运金;于少明;;Ⅱ-Ⅴ族半导体纳米晶的研究进展[J];中国科学:技术科学;2012年02期

3 顾震宇;朱为宏;钟新华;;胶体半导体纳米晶的能带宽调控新方法[J];化学进展;2008年05期

4 耿保友;孙红霞;刘小网;;非水相合成在非氧化物半导体纳米晶材料制备中的应用进展[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2007年03期

5 吴庆生,刘金库;铜族硫化物半导体纳米晶的仿生合成及其光电性能[J];中国有色金属学报;2005年02期

6 施利毅;王竹仪;袁帅;赵尹;;金属氧化物半导体纳米晶液相法控制合成研究进展[J];中国有色金属学报;2011年10期

7 郭影;李国栋;张赫;陈接胜;;以含铬类水滑石型层状化合物为模板制备硫化物半导体纳米晶[J];高等学校化学学报;2006年04期

8 王建平;王淑华;耿贵立;;InN半导体纳米晶相变活化能的研究[J];山东大学学报(工学版);2008年02期

9 李峰;董博华;张叶俊;兰祥;李春炎;王强斌;;无机半导体纳米晶光学性质的设计、调控及其生物医学应用[J];中国科学:化学;2014年02期

10 张锦瑾;余萍;陈思应;谢瑞士;;ZnS:Co~(2+)半导体纳米晶的制备及性能研究[J];化学研究与应用;2010年05期

中国重要会议论文全文数据库 前8条

1 彭卿;庄仲滨;鲁晓棠;施建兴;刘云新;;无机半导体纳米晶的能隙调控合成与组装[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年

2 邹勃;王英楠;宁甲甲;戴全钦;肖宁如;肖冠军;杨新一;;新型半导体纳米晶制备,性质及其应用[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

3 陈代雄;张亿;崔俊艳;杨英威;;柱芳烃与半导体纳米晶复合材料的制备与应用[A];全国第十六届大环化学暨第八届超分子化学学术讨论会论文摘要集[C];2012年

4 解仁国;杨文胜;;荧光半导体纳米晶制备及应用研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第33分会：纳米材料合成与组装[C];2014年

5 潘道成;聂伟;刘晓播;王强;蒋世春;安立佳;姬相玲;姜炳政;;Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米晶制备及其发光性能[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（上册）[C];2006年

6 张洋;孙斌;沈群东;;基于静电自组装的共轭高分子/半导体纳米晶杂化材料[A];中国化学会第26届学术年会纳米化学分会场论文集[C];2008年

7 张加涛;纪穆为;刘健;朱鹤孙;;阳离子交换反应在半导体纳米晶的掺杂、异质结构调控中的新应用[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第05分会：无机化学[C];2014年

8 陈美艳;陈庆川;;离子注入制备Ge半导体纳米晶及其光学性能研究[A];2008年全国荷电粒子源、粒子束学术会议暨中国电工技术学会第十二届电子束离子束学术年会、中国电子学会焊接专业委员会第九届全国电子束焊接学术交流会、粒子加速器学会第十一届全国离子源学术交流会、中国机械工程学会焊接分会2008年全国高能束加工技术研讨会、北京电机工程学会第十届粒子加速器学术交流会论文集[C];2008年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 刘轶;利用绿色化学法合成具有光伏性能的半导体纳米晶[D];吉林大学;2013年

2 秦磊;胶体半导体纳米晶消光系数的研究[D];吉林大学;2015年

3 牛金钟;Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米晶的合成及性质研究[D];河南大学;2010年

4 方淳;无机半导体纳米晶/共轭聚合物复合材料的制备、表征以及复合组分间的光电作用的研究[D];复旦大学;2008年

5 邹_g;硫族化合物半导体纳米晶的制备及其光伏应用[D];浙江大学;2011年

6 唐爱伟;金属硫族化合物半导体纳米晶的合成及其性能的研究[D];北京交通大学;2009年

7 刘红梅;硫族半导体纳米晶的可控合成及光电性能应用[D];华南理工大学;2012年

8 王洪哲;高温溶剂法制备半导体纳米晶及其发光调制和形貌控制研究[D];吉林大学;2010年

9 吕晓丹;半导体纳米晶的表面功能化及其与功能性聚合物的复合[D];东北师范大学;2012年

10 杨新一;Mn基硫族半导体纳米晶的合成、性质及在高压下相稳定性的研究[D];吉林大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 周远敏;碲化亚铜基半导体纳米晶的调控合成及其性能研究[D];北京理工大学;2015年

2 朱淑俊;负载于碳纳米管的二氧化钛光催化吡咯聚合及光电转换薄膜的制备研究[D];复旦大学;2011年

3 刘健;Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米晶的掺杂调控合成及光电性能研究[D];北京理工大学;2016年

4 王京红;半导体纳米晶的制备及其仿生组装[D];同济大学;2007年

5 张林;半导体纳米晶的制备及其光学性能研究[D];武汉理工大学;2011年

6 姜沣芮;半导体纳米晶的化学制备及其光学性能研究[D];武汉理工大学;2012年

7 封振宇;MInS2半导体纳米晶及其复合结构的合成与光谱性能研究[D];山东大学;2010年

8 陈健;硫族化合物半导体纳米晶的合成及表征[D];南京理工大学;2007年

9 任志瑞;半导体纳米晶的表面修饰及光电性能研究[D];天津理工大学;2013年

10 侯玉梅;高质量半导体纳米晶RNCs和MSCs的合成及性能研究[D];华东理工大学;2013年

  本文关键词：Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米晶的掺杂调控合成及光电性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：381899