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CdSe量子点的合成、表征及其应用研究

作　者: 冯启彪
导　师: 马向阳；杨德仁
学　校: 浙江大学
专　业: 材料物理化学
关键词: CdSe 量子点(QDs) 闪锌矿型 TOPO辅助有机体系合成
分类号: O614.242
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

半导体量子点（quantum dots,QDs）是一种三维受限的团簇,具有量子尺寸约束、量子隧穿、库仑阻塞等特殊物理效应。近年来,QDs优良的光谱特征和光化学稳定性使它在生物医学尤其是生物荧光标记中得到广泛的研究和应用。 CdSe QDs是Ⅱ-Ⅵ族半导体量子点中研究最多的材料之一,也是目前在荧光标记中应用最广泛的QDs。本文在综述QDs的制备方法和应用现状的基础上,采用胶体化学法制备出单分散的CdSe QDs,研究了热处理对QDs晶体结构和光学性质的影响,并对QDs的应用作了初步探索。取得的主要结果如下: 1.采用TOPO辅助有机体系合成的方法制备出单分散的闪锌矿型（立方相）结构的CdSe QDs,多种测试手段表明QDs的量子效应非常明显,带间吸收峰相对体材料发生显著蓝移。随着反应时间延长,粒径逐渐增大,带间吸收峰和发光峰逐渐红移。提出了CdSe QDs晶体结构转变的机制并对闪锌矿型结构CdSe QDs的形成进行了讨论。 2.研究了热处理对CdSe QDs的形貌、晶体结构和发光性质的影响。结果表明,热处理后CdSe QDs粒径增大,并出现团聚。随着热处理温度升高,晶体结构从闪锌矿型向纤锌矿型转变;发光峰逐渐红移。小粒径QDs（4nm）在400℃、大粒径QDs（7nm）在350℃处理后在570nm附近出现异常发光峰,这可能是QDs被氧化所致。 3.采用独特的超声波辅助的方法制备出量子点-SiO₂玻璃（QDs-玻璃）复合材料,并研究了其发光特性和不同温度热处理后晶体结构的转变。发现由于超声波的巨大能量或者化学环境的变化使QDs-玻璃的发光峰相对原生QDs发生蓝移;QDs-玻璃时效3周后由于QDs的氧化降解导致发光峰消失。玻璃中的CdSe QDs随热处理温度的升高同样出现从闪锌矿型向纤锌矿型的转变。 4.采用简单的旋涂法制作出Metal-SiO₂/CdSe QDs-Semiconductor结构的电容（QDs-MOS）,其Ⅰ-Ⅴ曲线上电流的起伏说明其具有量子充放电效应,这对单电子存储器的实现有一定意义。 5.采用简单的乙二胺辅助方法合成出闪锌矿型结构的CdSe QDs。它们在630nm有较强的发光峰,经过500℃热处理后转变为纤锌矿型结构。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章文献综述  9-37
  1.1 QDs的概念及其物理特性  9-13
    1.1.1 QDs的概念  9
    1.1.2 QDs特殊的物理效应  9-11
    1.1.3 QDs的发光原理和发光特性  11-13
  1.2 QDs的制备方法  13-17
    1.2.1 应变自组装技术  13-14
    1.2.2 微结构生长与微细加工相结合方法  14
    1.2.3 离子注入法  14
    1.2.4 胶体化学法  14-17
  13 QDs在生物医学上的应用及研究进展  17-31
    1.3.1 QDs在生物荧光标记中的优势  18-19
    1.3.2 QDs在有机体系中的合成  19-21
    1.3.3 水溶性QDs的制备  21-25
    1.3.4 QDs在生物荧光标记中的应用  25-31
  1.4 QDs在光电器件中的应用及研究进展  31-34
    1.4.1 量子点激光器  31
    1.4.2 单光子光源  31-32
    1.4.3 单电子器件  32-34
  参考文献  34-37
第2章实验内容和测试仪器  37-44
  2.1 实验内容  37
  2.2 实验方法  37-38
  2.3 后处理设备及其原理  38-40
    2.3.1 旋涂设备  38-39
    2.3.2 热处理设备  39
    2.3.3 磁控溅射设备  39-40
  2.4 测试仪器及方法  40-44
    2 4.1 X射线衍射(XRD)  40-41
    2.4.2 透射电子显微镜(TEM)  41-42
    2.4.3 粒径分布  42
    2.4.4 紫外可见吸收谱(UV-vis absorption spectroscopy)  42-43
    2.4.5 荧光光谱(PL)  43
    2.4.6 电流-电压(I-V)  43-44
第3章单分散闪锌矿型闪CdSe QDs的制备及热处理研究  44-57
  3.1 引言  44-45
  3.2 实验过程  45-46
  3.3 实验结果与讨论  46-53
    3.3.1 单分散闪锌矿型(立方)CdSe QDs的表征  46-50
    3.3.2 热处理对Cdse QDs的影响  50-53
  3.4 本章小结  53-55
  参考文献  55-57
第4章 CdSe QDs的应用及改性的探索  57-70
  4.1 CdSe QDs镶嵌玻璃的制备及其热处理  57-61
    4.1.1 引言  57-58
    4.1.2 实验过程  58
    4.1.3 实验结果与讨论  58-61
  4.2 CdSe QDS应用于单电子存储器的初步研究  61-65
    4.2.1 引言  61-62
    4.2.2 实验过程  62-63
    4.2.3 实验结果与讨论  63-65
  4.3 CdSe QDs水溶改性的初步探索  65-66
    4.3.1 引言  65
    4.3.2 实验过程  65-66
    4.3.3 实验结果  66
  4.4 本章小结  66-68
  参考文献  68-70
第5章乙二胺辅助合成CdSe QDs  70-75
  5.1 引言  70-71
  5.2 实验过程  71
  5.3 实验结果与讨论  71-73
  5.4 本章小结  73-74
  参考文献  74-75
第6章结论  75-77
攻读硕士期间发表的论文  77-78
致谢  78-79

CdSe量子点的合成、表征及其应用研究

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