掺杂量子点的合成及机理研究

发布时间：2017-05-06 11:14

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【摘要】：掺杂量子点具有特殊的光学、电学以及磁学性质，已经在材料化学材料物理等领域成为了广大科研工作者的研究重点。尤其在光学性质方面，，掺杂量子点不仅保留了本征量子点优异的发光性能，而且因其有较大的斯托克斯位移可以很好地避免自吸收而引起的自淬灭现象，同时还极大地提高了自身的热稳定性、化学稳定性以及更长的荧光寿命。掺杂量子点在生物标记、LED以及激光等方面具有广阔的应用前景，而引起了人们的广泛关注。本论文主要以Ⅱ～Ⅵ族半导体纳米晶作为铜、锰掺杂的宿主材料合成了多种发光性能优越的掺杂量子点，对掺杂量子点的制备及发光机理研究方面取得了以下创新性的研究成果： 1、以180℃的水热条件下通过硼氢化钠将硫粉还原后的产物作为硫前驱体，很好地制备了水性Cu:ZnCdS量子点。Cu:ZnCdS量子点不仅发光颜色纯，而且发光波长在517nm到650nm范围内连续可调。详细、系统地研究了各种实验变量对Cu:ZnCdS量子点发光性能的影响。对于在Cu:ZnCdS量子点外延包覆ZnS壳层与其发光性能的关系也进行了深入地研究，该方法对合成其它水溶性量子点很有借鉴意义。 2、通过实验设计合成了荧光量子产率高、发光波长可控、稳定的水溶性Cu:ZnSeS/ZnS量子点。系统研究了各种实验变量对Cu:ZnSeS/ZnS量子点发光性能的影响，并对其发光机理也进行了很好的研究。通过相关的发光稳定性对比实验研究，发现Cu:ZnSeS/ZnS量子点能够很好地抑制光致氧化过程的发生，发光性能具有很好的稳定性。这种新型、绿色的掺杂量子点非常适于生物标记、生物成像以及LED等方面的应用。 3、采用成核掺杂法，以十二硫醇作为配体合成了荧光量子产率高达50～70%的Mn:ZnS量子点。不仅研究了各种实验参数对Mn:ZnS量子点发光性能的影响，还发现了MnS纳米核粒径大小对提高Mn:ZnS量子点荧光性能具有至关重要的作用。通过对比退火实验，发现锰离子在ZnS宿主材料中发生晶格扩散的临界温度为260℃。
【关键词】：Ⅱ～Ⅵ族量子点 半导体 核/壳结构 掺杂 荧光
【学位授予单位】：贵州师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O611.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 引言9
• 1.2 量子点概述9-14
• 1.2.1 本征量子点12-14
• 1.3 掺杂量子点14-17
• 1.3.1 掺杂量子点的合成手段15-16
• 1.3.2 掺杂量子点的发光机理16-17
• 1.4 量子点的应用17-19
• 1.4.1 量子点在发光二极管中的应用17-18
• 1.4.2 量子点在太阳能电池方面的应用18
• 1.4.3 量子点在生物方面的应用18-19
• 1.5 本论文的选题及主要研究内容19-21
• 第二章 水性 Cu:ZnCdS/ZnS 核/壳结构量子点的合成21-33
• 2.1 引言21-22
• 2.2 实验部分22-24
• 2.2.1 化学试剂22-23
• 2.2.2 储备液的制备23
• 2.2.3 Cu:ZnCdS 核量子点的合成23
• 2.2.4 ZnS 壳层的包覆23
• 2.2.5 表征23-24
• 2.3 结果与讨论24-32
• 2.3.1 高活性硫前驱体对 Cu:ZnCdS 量子点光学性质的影响24-25
• 2.3.2 pH 值与 MPA 用量对 Cu:ZnCdS 量子点发光性质的影响25-26
• 2.3.3 铜掺杂浓度对发光强度的影响26-27
• 2.3.4 宿主材料中组分变化对 Cu:ZnCdS 量子点光学性质的影响27-28
• 2.3.5 XPS 分析28-29
• 2.3.6 Cu:ZnCdS 核量子点外层 ZnS 壳层的包覆29-31
• 2.3.7 掺杂量子点的尺寸、形貌以及晶体结构31-32
• 2.4 总结32-33
• 第三章 水溶性 Cu:ZnSeS/ZnS 核/壳量子点合成及机理研究33-47
• 3.1 引言33-34
• 3.2 实验34-36
• 3.2.1 化学试剂34-35
• 3.2.2 储备液制备35
• 3.2.3 Cu:ZnSeS 量子点的合成35
• 3.2.4 ZnS 壳层的包覆35
• 3.2.5 表征35-36
• 3.3 结果与讨论36-46
• 3.3.1 合成路径与方法的选取36
• 3.3.2 Cu:ZnSeS 量子点的 XPS 分析36-37
• 3.3.3 氯离子对 Cu:ZnSeS 量子点合成的影响37-38
• 3.3.4 MPA 用量的影响38-40
• 3.3.5 pH 值对掺杂量子点荧光效率的影响40-41
• 3.3.6 铜掺杂浓度对量子点发光效率的影响41-42
• 3.3.7 ZnS 壳层的包覆对 Cu:ZnSeS 量子点光学性质、尺寸、形貌及结构的影响42-44
• 3.3.8 PL 变温曲线和时间分辨光谱44-45
• 3.3.9 铜掺量子点在空气中和光照下的稳定性研究45-46
• 3.4 结论46-47
• 第四章 Mn:ZnS 量子点合成及晶格扩散临界温度的确定47-57
• 4.1 引言47-48
• 4.2 实验48-49
• 4.2.1 化学试剂48
• 4.2.2 前驱体的制备48-49
• 4.2.3 Mn:ZnS 量子点的合成49
• 4.2.4 锰离子在 ZnS 宿主材料中晶格扩散临界温度的确定49
• 4.2.5 Mn:ZnS 量子点的表征49
• 4.3 结果与讨论49-56
• 4.3.1 合成路径及方法的选择49-50
• 4.3.2 MnS 核纳米簇的尺寸控制及对量子点光学性质的影响50-51
• 4.3.3 配体的选择51-52
• 4.3.4 配体 DDT 对 Mn:ZnS 量子点光学性能的影响52-53
• 4.3.5 ZnS 壳层的包覆以及对 Mn:ZnS 量子点的形貌和结构53-54
• 4.3.6 锰离子在 ZnS 晶格中扩散的临界温度54-56
• 4.4 结论56-57
• 总结与展望57-59
• 参考文献59-62
• 致谢62-65
• 硕士期间发表的论文与取得的其它研究成果65

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本文编号：348312