溶胶-凝胶法制备CdSe量子点掺杂的二氧化硅复合凝胶材料
发布时间：2021-06-24 21:10
荧光量子点是三维量子限域的纳米材料,基于其本身的量子尺寸特性表现出荧光效率高、吸收光谱窄、尺寸依赖的发光可调性等优点,在光学器件、荧光标记和太阳能电池等领域具有良好的应用前景。同时,因其极小的尺寸导致巨大的界面积,极高的界面能以及大量表面悬挂键的存在,使得量子点极易团聚,且由于缺陷捕获陷阱的存在大大削弱了其发光性能。传统的量子点合成方法中常通过加入配体实现量子点的分散,以及表面钝化,在一定程度上减少表面缺陷。但是在面对苛刻应用条件,如光电领域中高温、高强度光辐射等环境时,单靠配体包覆不足以维持量子点的稳定性。将量子点分散在二氧化硅凝胶中,不仅能有效固定量子点,且二氧化硅凝胶良好的机械性能和耐热性可以有效保护量子点在高温条件下的稳定性和发光效率。但是,量子点在凝胶中能否均匀分散和如何保证复合凝胶材料不开裂,是制备量子点掺杂二氧化硅复合凝胶亟待解决的关键问题。针对以三问题,本文探究了 CdSe量子点掺杂的二氧化硅复合凝胶的制备方法。通过对油溶性量子点的修饰改性和直接水相合成两种途径制备了水溶性CdSe量子点,以实现CdSe量子点在二氧化硅凝胶前体溶液中均匀分散。将经表面钝化和功能化的CdS...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２六种不同粒径的ＣｄＳｅ量子点溶液（粒径从８?ｎｍ到２?ｎｍ依次减小）??－
山东大学硕士学位论文????变化，电子的准连续能级发展为离散能级，最低能量的分子轨道被占据，而禁带??变宽［２＇３］。因此量子点的尺寸和结构的变化，可引起能级偏移，并在紫外光谱和??荧光光谱表现出峰的移动情况，如图１－１所示。因此，量子点材料的各种性质，??包括吸收和发光性质等，均可随尺寸发生变化，如１－２所示为量子点发光随尺寸??的变化，因此通过控制量子点的尺寸，将得到对应不同发光颜色的量子点。??３Ｄ体系?２丨）体系?１Ｄ休系?０丨）体系??Ｅｃ?Ｅ?Ｅｃ?Ｅ?Ｅｃ?Ｅ?Ｅ￡?Ｅ??图１－１几种尺寸半导体材料的理想态密度［４］??Ｆｉｇ．?１－１?Ｉｄｅａｌ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｏｆ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｏｆ?ｓｅｖｅｒａｌ?ｓｉｚｅｓ．＇４Ｊ??图１－２六种不同粒径的ＣｄＳｅ量子点溶液（粒径从８?ｎｍ到２?ｎｍ依次减小）??Ｆｉｇ．?ｌ－２Ｓｉｘ?ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ＣｄＳｅ?ｑｕａｎｔｕｍ?ｄｏｔｓ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｓｉｚｅｓ?（ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｓｉｚｅ??ｄｅｃｒｅａｓｅｓ?ｆｒｏｍ?８ｎｍ?ｔｏ?２ｎｍ?ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｌｙ）．??（２）表面效应??尺寸越小的粒子中，表面原子占总体原子数目的比例将越大，同时表面原子??具有与体相原子不同的性质，因此表面效应是纳米粒子的共性之一。量子点的粒??径通常为ｌ－２０ｎｍ，尺寸小，比表面积大，分布在量子点表面的原子占据的比例??很大，使得量子点表面性质的贡献和影响增大，因此具有显著的表面效应。量子??点表面原子通常配位不足，悬挂键多，表面原子活性强，极易与其他配体结合［５］。??２
?山东大学硕士学位论文???休相沣休?半导抒Ｉ?ｆ点??异带?￣＇７?ｉ＂￣?＾＇．ｖ??ｕ?￥２＿深丨糊?Ｈ?￣／＼?■細丨陷阱??Ｅ？光了？?＼?Ｅｇ，?％?ｆ?／、＇、??Ｍ?＼?１１／?＼??价带?￣价带??ａ?ｂ??图１－３?（ａ）体相半导体的发光原理；（ｂ）量子点的发光原理［１（）］??Ｆｉｇ．?ｌ－３（ａ）?Ｔｈｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｌｉｇｈｔ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｏｆ?ｂｕｌｋ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ；?（ｂ）?Ｔｈｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ??ｏｆ?ｌｉｇｈｔ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｏｆ?ｑｕａｎｔｕｍ?ｃｌｏｔｓ?Ｊ１０１??量子点与常规体相发光材料相比，其发光性能具有以下特性：??（１?）发光量子点材料的尺、广ｎ丨调性。量子点发射光的波长由带隙能量确定，??由于带隙能量取决于尺朴，闪此发射光的波长和颜色也取决于尺寸［１１］。图１－４显??示了?ＣｄＳｅ量子点发射光的尺十依赖性。一般平均直径为３?ｒｉｍ的ＣｄＳｅ量子点产??生绿色荧光，尺寸为６?ｎｍ的Ｍ子点的带隙较小，因此发出红色荧光。量子点的??这种随尺寸可调的发射特性足独特的，冇机染料未显示出这种可调性。根据己有??的文献报道，ＣｄＳｅ量子点的尺、＂丨在２?ｎｍ－８?ｎｍ范围内调节，标准偏差可小于５％??［１２］??０??１２??１?ｒ?１??１?１?？???Ｓ?？?一?ｈ?ｆ＼??０?８?－?／?ｊ?－??Ｓ?ｆ?ｊ?［Ｉ??妄?０６?＿?Ｍ?ｈ?？??１?Ｍ?１?ｉ??－＝?０?４?－?／?＼?Ｉ?ｉ?－??．１?／?ｉ?／?＼??＾?０?－一丄＿＿一＿＿—－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]量子点液晶显示背光技术[J]. 季洪雷,周青超,潘俊,柏泽龙,钟海政. 中国光学. 2017(05)
[2]溶胶凝胶法制备纳米二氧化硅的研究[J]. 任小明. 胶体与聚合物. 2017(02)
[3]SiO2气凝胶材料的制备、性能及其低温保温隔热应用[J]. 张志华,王文琴,祖国庆,沈军,周斌,连娅. 航空材料学报. 2015(01)
[4]CdSe量子点膨润土复合材料的制备与表征[J]. 赵慧凯,杨昆,王益林,李怀美. 发光学报. 2014(04)
[5]SiO2干凝胶制备及其煅烧特性的研究[J]. 韩露,袁磊,曾绍武,于景坤. 东北大学学报(自然科学版). 2012(11)
[6]Eu3+/CdSe量子点掺杂复合SiO2凝胶玻璃的光学性能研究[J]. 肖勇,冯苗,詹红兵. 中国陶瓷. 2010(10)
[7]高度分散有机荧光分子的SiO2凝胶膜的发光[J]. 王俊玲,何志群,王永生,汪王景,孔翔飞,梁春军. 光电子.激光. 2009(03)
[8]DMF及热处理对常压制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的影响[J]. 朱庭良,李贵安,叶录元,邓仲勋,王鹏飞. 物理化学学报. 2009(01)
[9]II-VI族半导体量子点的发光特性及其应用研究进展[J]. 唐爱伟,滕枫,王元敏,周庆成,王永生. 液晶与显示. 2005(04)
博士论文
[1]应用于光通信的平面波导器件和液晶器件若干问题的研究[D]. 王谦.浙江大学 2004
硕士论文
[1]凝胶注模成型制备多孔SiO2陶瓷[D]. 李莎.天津大学 2010
本文编号：3247832
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２六种不同粒径的ＣｄＳｅ量子点溶液（粒径从８?ｎｍ到２?ｎｍ依次减小）??－
山东大学硕士学位论文????变化，电子的准连续能级发展为离散能级，最低能量的分子轨道被占据，而禁带??变宽［２＇３］。因此量子点的尺寸和结构的变化，可引起能级偏移，并在紫外光谱和??荧光光谱表现出峰的移动情况，如图１－１所示。因此，量子点材料的各种性质，??包括吸收和发光性质等，均可随尺寸发生变化，如１－２所示为量子点发光随尺寸??的变化，因此通过控制量子点的尺寸，将得到对应不同发光颜色的量子点。??３Ｄ体系?２丨）体系?１Ｄ休系?０丨）体系??Ｅｃ?Ｅ?Ｅｃ?Ｅ?Ｅｃ?Ｅ?Ｅ￡?Ｅ??图１－１几种尺寸半导体材料的理想态密度［４］??Ｆｉｇ．?１－１?Ｉｄｅａｌ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｏｆ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｏｆ?ｓｅｖｅｒａｌ?ｓｉｚｅｓ．＇４Ｊ??图１－２六种不同粒径的ＣｄＳｅ量子点溶液（粒径从８?ｎｍ到２?ｎｍ依次减小）??Ｆｉｇ．?ｌ－２Ｓｉｘ?ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ＣｄＳｅ?ｑｕａｎｔｕｍ?ｄｏｔｓ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｓｉｚｅｓ?（ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｓｉｚｅ??ｄｅｃｒｅａｓｅｓ?ｆｒｏｍ?８ｎｍ?ｔｏ?２ｎｍ?ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｌｙ）．??（２）表面效应??尺寸越小的粒子中，表面原子占总体原子数目的比例将越大，同时表面原子??具有与体相原子不同的性质，因此表面效应是纳米粒子的共性之一。量子点的粒??径通常为ｌ－２０ｎｍ，尺寸小，比表面积大，分布在量子点表面的原子占据的比例??很大，使得量子点表面性质的贡献和影响增大，因此具有显著的表面效应。量子??点表面原子通常配位不足，悬挂键多，表面原子活性强，极易与其他配体结合［５］。??２
?山东大学硕士学位论文???休相沣休?半导抒Ｉ?ｆ点??异带?￣＇７?ｉ＂￣?＾＇．ｖ??ｕ?￥２＿深丨糊?Ｈ?￣／＼?■細丨陷阱??Ｅ？光了？?＼?Ｅｇ，?％?ｆ?／、＇、??Ｍ?＼?１１／?＼??价带?￣价带??ａ?ｂ??图１－３?（ａ）体相半导体的发光原理；（ｂ）量子点的发光原理［１（）］??Ｆｉｇ．?ｌ－３（ａ）?Ｔｈｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｌｉｇｈｔ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｏｆ?ｂｕｌｋ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ；?（ｂ）?Ｔｈｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ??ｏｆ?ｌｉｇｈｔ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｏｆ?ｑｕａｎｔｕｍ?ｃｌｏｔｓ?Ｊ１０１??量子点与常规体相发光材料相比，其发光性能具有以下特性：??（１?）发光量子点材料的尺、广ｎ丨调性。量子点发射光的波长由带隙能量确定，??由于带隙能量取决于尺朴，闪此发射光的波长和颜色也取决于尺寸［１１］。图１－４显??示了?ＣｄＳｅ量子点发射光的尺十依赖性。一般平均直径为３?ｒｉｍ的ＣｄＳｅ量子点产??生绿色荧光，尺寸为６?ｎｍ的Ｍ子点的带隙较小，因此发出红色荧光。量子点的??这种随尺寸可调的发射特性足独特的，冇机染料未显示出这种可调性。根据己有??的文献报道，ＣｄＳｅ量子点的尺、＂丨在２?ｎｍ－８?ｎｍ范围内调节，标准偏差可小于５％??［１２］??０??１２??１?ｒ?１??１?１?？???Ｓ?？?一?ｈ?ｆ＼??０?８?－?／?ｊ?－??Ｓ?ｆ?ｊ?［Ｉ??妄?０６?＿?Ｍ?ｈ?？??１?Ｍ?１?ｉ??－＝?０?４?－?／?＼?Ｉ?ｉ?－??．１?／?ｉ?／?＼??＾?０?－一丄＿＿一＿＿—－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]量子点液晶显示背光技术[J]. 季洪雷,周青超,潘俊,柏泽龙,钟海政. 中国光学. 2017(05)
[2]溶胶凝胶法制备纳米二氧化硅的研究[J]. 任小明. 胶体与聚合物. 2017(02)
[3]SiO2气凝胶材料的制备、性能及其低温保温隔热应用[J]. 张志华,王文琴,祖国庆,沈军,周斌,连娅. 航空材料学报. 2015(01)
[4]CdSe量子点膨润土复合材料的制备与表征[J]. 赵慧凯,杨昆,王益林,李怀美. 发光学报. 2014(04)
[5]SiO2干凝胶制备及其煅烧特性的研究[J]. 韩露,袁磊,曾绍武,于景坤. 东北大学学报(自然科学版). 2012(11)
[6]Eu3+/CdSe量子点掺杂复合SiO2凝胶玻璃的光学性能研究[J]. 肖勇,冯苗,詹红兵. 中国陶瓷. 2010(10)
[7]高度分散有机荧光分子的SiO2凝胶膜的发光[J]. 王俊玲,何志群,王永生,汪王景,孔翔飞,梁春军. 光电子.激光. 2009(03)
[8]DMF及热处理对常压制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的影响[J]. 朱庭良,李贵安,叶录元,邓仲勋,王鹏飞. 物理化学学报. 2009(01)
[9]II-VI族半导体量子点的发光特性及其应用研究进展[J]. 唐爱伟,滕枫,王元敏,周庆成,王永生. 液晶与显示. 2005(04)
博士论文
[1]应用于光通信的平面波导器件和液晶器件若干问题的研究[D]. 王谦.浙江大学 2004
硕士论文
[1]凝胶注模成型制备多孔SiO2陶瓷[D]. 李莎.天津大学 2010
本文编号：3247832
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