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高质量亲水性量子点的制备

作　者: 张兵波
导　师: 常津
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 量子点亲水性改性二氧化硅双亲性高分子超声乳化
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

量子点(quantum dots,缩写为QDs),又叫做半导体纳米晶,由于其独特的光学和电学性质在生物医学领域具有广泛的应用前景。本文通过对所制备的亲油性量子点的表面改性,将其亲水性化,且比较研究了各种亲水性改性方法的优缺点。具体研究内容如下:1.通过高温油相法制备出尺寸均一、单分散性好且有较高结晶度的CdSe量子点。各种不同的CdSe量子点的荧光发射波长范围为535nm-580nm,粒径范围为2.8nm-4.37nm,荧光发射半峰宽范围为23-29nm,量子产率最高可达73%。分别研究了反应时间,配体种类及用量等对量子点光学性能的影响。紫外-可见分光光度计(UV-Vis),荧光分光光度计(PL)表征结果表明:随着反应时间的延长,CdSe量子点的吸收和发射光谱发生红移,粒径逐渐增大。继而又采用连续离子层吸附反应(SILAR)对亲油性CdSe量子点进行表面包覆改性,制备出多种不同的核壳结构量子点,并通过UV-Vis,PL,场发射透射电子显微镜(HRTEM),X射线粉末衍射仪(XRD)研究包覆前后量子点的光学性能,型貌,粒径及内部结构。结果表明,包覆后各种不同的核壳结构量子点的吸收和发射光谱出现明显红移,最大的荧光发射波长为640nm,荧光发射半峰宽范围为30nm-40nm,量子产率从改性前的0.1左右可提高到0.688。在此基础上,制备了含CdS和ZnS合金壳层的量子点,既最大限度的提高量子产率(0.5-0.7左右),又有效的控制荧光发射峰半峰宽(30nm-36nm)。2.通过表面配体交换,双亲性高分子自组装,超声乳化改性以及二氧化硅包裹对亲油性量子点进行亲水性改性。结果表明:配体交换改性简单易行,但产品的胶体稳定性差,荧光效率较低;双亲性高分子自组装改性工艺简单,但纯化较难且繁琐;超声乳化方法改性简单易行,且产品纯化简单,离心即可,但所制备的颗粒较大且不均匀;二氧化硅包裹改性工艺成熟,制备的产品呈单分散,粒径较小,但制备周期较长。实验中还对不同结构和组成的量子点经过二氧化硅改性后的荧光性能做了系列研究,结果表明,具有多层壳的亲油性量子点二氧化硅改性后更具稳定性和较高的荧光效率。不同的改性方法各有优缺点,对于不同的生物医学应用可以采取相应的亲水性改性方法。综上所述,本文主要工作是对所制备的亲油性量子点的亲水性改性。采用破坏量子点表面有机配体和非破坏有机配体层两类方法进行亲水性改性,涉及到所需的改性分子有小分子和高分子,以及二氧化硅。各种改性方法各有优缺点。本文的研究工作为今后制备特异性量子点荧光探针做出了必要的前期工作。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-30
  1.1 引言  9-10
  1.2 量子点的基本理论、性质、制备与应用  10-29
    1.2.1 量子点的基本理论与性质  10-15
      1.2.1.1 量子点的量子效应  10-11
      1.2.1.2 量子点的晶格形态  11
      1.2.1.3 量子点的光学特性  11-13
      1.2.1.4 量子点的优点  13-15
    1.2.2 量子点的制备  15-21
      1.2.2.1 金属有机化学法  16-17
      1.2.2.2 水热合成和溶剂热合成法  17-18
      1.2.2.3 常规加热沉淀法  18
      1.2.2.4 反相胶束法  18-19
      1.2.2.5 络合合成法  19
      1.2.2.6 定域模板法  19
      1.2.2.7 固相法  19-20
      1.2.2.8 微波法  20
      1.2.2.9 量子点的核壳结构包覆修饰  20-21
    1.2.3 量子点的亲水性改性  21-25
      1.2.3.1 巯基羧酸替代法  21-22
      1.2.3.2 硅烷化  22-23
      1.2.3.3 高分子聚合包裹  23
      1.2.3.4 高分子胶束改性  23-24
      1.2.3.5 双亲性高分子自组装改性  24-25
    1.2.4 量子点的生物医学应用  25-29
  1.3 论文的出发点和主要工作  29-30
第二章量子点的制备与表征  30-56
  2.1 引言  30-31
  2.2 实验部分  31-36
    2.2.1 实验试剂与仪器  32
    2.2.2 实验内容  32-35
    2.2.3 样品的表征  35-36
  2.3 结果与讨论  36-55
    2.3.1 反应时间对CdSe 量子点光学性能的影响  36-41
    2.3.2 不同配体浓度对CdSe 量子点光学性能的影响  41-43
    2.3.3 Se 的配位剂对CdSe 量子点光学性能的影响  43-44
    2.3.4 小规模扩大生产制备CdSe 量子点  44-45
    2.3.5 不同结构的核壳量子点  45-54
    2.3.6 不同的应用温度对量子点光学性能的影响  54-55
  2.4 本章小结  55-56
第三章量子点的亲水性改性与表征  56-79
  3.1 引言  56
  3.2 实验部分  56-59
    3.2.1 实验试剂与仪器  56-57
    3.2.2 实验内容  57-59
    3.2.3 样品的表征  59
  3.3 结果与讨论  59-77
    3.3.1 巯基羧酸替代法亲水性改性  59-62
    3.3.2 双亲性高分子自组装亲水性改性  62-63
    3.3.3 超声乳化亲水性改性  63-68
    3.3.4 硅烷化亲水性改性  68-77
  3.4 本章小结  77-79
全文结论  79-81
参考文献  81-87
发表论文和科研情况  87-88
致谢  88

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