氧化铟半导体量子点玻璃材料的制备与性能研究

发布时间：2021-03-24 12:22

近年来,半导体纳米晶因为具备独特的尺寸依赖效应以及灵便的加工性能受到科学界广泛关注。然而,除了生物应用以外,大部分潜在的应用都不是基于单颗粒的量子点或者其溶液。因此,将量子点稳定地嵌入到合适的基体内组成固态三维宏观结构材料并且维持单个量子点原有的特性极具挑战意义。氧化铟,作为一种理想的金属氧化物,由于其优异的化学和物理性质,在光电技术应用方面已经获得了广泛的商业应用。本论文采用溶胶凝胶法结合气氛控制法成功制备了含In2O3半导体量子点多孔二氧化硅类玻璃和钠硼硅玻璃材料,通过一系列现代分析测试手段系统研究了氧化铟纳米晶的形貌、微结构,借助光催化仪和Z-扫描技术研究了该材料的光催化性能和三阶非线性光学性质。主要结果如下:(1)以正硅酸乙酯(TEOS)、硝酸铟作为先驱体,通过溶胶-凝胶法(sol-gel)成功合成了不同掺杂浓度(1 wt%和3 wt%)的含单分散半导体氧化铟先驱体多孔二氧化硅透明类玻璃材料。然后,采用气氛控制方法对样品进行烧结处理,氧化铟量子点在二氧化硅基质内部完成生长。X-射线粉末衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)分析表明,立方相氧化铟量子点成功形成,并且随着掺杂浓度的增加,量子点平均尺寸变大。通过测试所制备的产品的光催化活性,结果表明,掺杂1 wt%和3 wt%氧化铟量子点二氧化硅玻璃粉末样品在紫外光的照射下光催化效率约为35.5%和61.6%。相比未掺杂氧化铟样品,同样条件下光催化效率分别提高了2倍和4倍。(2)以TEOS、硼酸(H3BO3)、金属钠(Na)为先驱体采用sol-gel法结合气氛控制的方式以同样的过程制备了含In2O3半导体量子点钠硼硅(NBS)玻璃,通过XRD、X-射线背散射能谱(EDX)对In2O3量子点在玻璃中的微结构进行表征,利用Z-扫描技术测试了含In2O3钠硼硅玻璃的三阶非线性光学性能。结果表明,NBS玻璃中掺杂浓度为1.5 wt%的In2O3的χ(3)值为4.23×10-11 esu,这意味着通过掺杂In2O3,NBS玻璃的χ(3)值有明显的提高。此外,依托课题组历年来对NBS量子点玻璃的研究基础,着重探讨了掺杂氧化铟纳米晶NBS玻璃可能的形成机制。
【学位授予单位】：温州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ171.7

文章目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 引言

1.2 半导体量子点与不同基质材料的复合

1.2.1 与玻璃复合

1.2.2 聚合物基半导体纳米晶复合材料

1.2.3 与多孔材料复合

1.3 半导体量子点复合材料的合成方法

1.3.1 溶胶-凝胶法

1.3.2 水热与溶剂热合成法

1.3.3 熔融法

1.3.4 离子注入法

1.3.5 离子交换法

1.3.6 化学气相沉积法

1.4 氧化铟（In2O3）简介

1.5 纳米氧化铟的应用

1.5.1 光催化

1.5.2 气体传感器

1.5.3 光电领域

1.6 本论文的研究目的、意义和主要内容

第二章样品制备和表征

2.1 含In2O3量子点二氧化硅类玻璃的制备

2.1.1 实验药品

2.1.2 实验仪器

2.1.3 实验工艺流程图

2.2 含In2O3量子点钠硼硅玻璃的制备

2.2.1 实验试剂与仪器

2.2.2 实验仪器

2.2.3 实验工艺流程图

2.3 表征测试方法

2.3.1 X射线粉末衍射仪（XRD）

2.3.2 透射电子显微镜（TEM）

2.3.3 能量色散谱仪（EDS）

2.3.4 紫外可见分光光度计（UV-Vis）

2.3.5 光催化性能

2.3.6 比表面积和孔径分布

2.3.7 非线性光学性能

第三章含In2O3量子点二氧化硅类玻璃的制备及其光学性质的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂与仪器

3.2.2 实验过程

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 比表面积和孔径分布

3.3.2 X射线粉末衍射（XRD）

3.3.3 透射电子显微镜（TEM）

3.3.4 漫反射光谱

3.3.5 光催化性能

3.4 本章小结

第四章含In2O3量子点钠硼硅玻璃的制备及其光学性质的研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验试剂与仪器

4.2.2 实验过程

4.2.3 实验工艺流程图

4.3 实验结果与讨论

4.3.1 X-射线粉末衍射分析（XRD）

4.3.2 X射线背散射能谱分析（EDX）

4.3.3 三阶非线性光学性质

4.3.4 氧化铟量子点在NBS玻璃中的形成机制分析

4.4 本章小结

第五章总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

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