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ZnO量子点的有机羧酸修饰及发光机理

作　者: 李晓蕾
导　师: 杜希文
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: ZnO量子点 表面修饰 荧光寿命 缺陷发光
分类号: TN304.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


ZnO是一种环境友好的半导体氧化物,且与CdSe、CdTe相比具有毒性低,生产成本低的优势,具有广泛的应用前景。ZnO纳米材料具有较好的可见光发射,可应用于生物标记。但是由于ZnO纳米粒子量子产率低,不利于应用,因而许多方法被用来改善ZnO的发光性能。而表面修饰与其他方法相比,由于其可以改善ZnO量子点的荧光性能、水溶性、尺寸与发光的稳定性,目前被广泛研究。本实验利用化学法制备了具有绿光发射的ZnO量子点,通过对锌源的对比,发现氯化锌制备的ZnO量子点尺寸稳定性及发光稳定性最好。但量子点存在团聚现象且量子产率低(9.9%)。通过对ZnO量子点吸收、发光及荧光寿命的测试,判断ZnO的绿光发射来源于缺陷发光。本实验选取具有不同结构的有机羧酸(油酸,丙酸,丙烯酸,甲基丙烯酸)对ZnO量子点进行修饰,发现具有刚性分子结构的丙烯酸与甲基丙烯酸可以增强ZnO量子点的发光,而具有柔性链的油酸与丙酸却使ZnO量子点发光强度降低。且经由甲基丙烯酸修饰的ZnO量子点具有很好的分散性,且荧光量子产率大大提高(25.8%)。本实验通过对样品红外光谱、光致发光谱、瞬态光谱、吸收谱、能带结构的分析,深入系统探究有机羧酸影响ZnO量子点光致发光性能的机制。甲基丙烯酸、丙烯酸增强ZnO量子点的发光是因为其刚性分子链可以有效消除ZnO量子点表面的非辐射复合中心,而丙酸、油酸降低ZnO量子点的荧光强度是因为其柔性分子链通过分子的振动、转动增加了非辐射复合的几率。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-22
  1.1 引言  8
  1.2 纳米氧化锌的基本结构及性质  8-9
  1.3 纳米氧化锌的制备  9-11
    1.3.1 高温气相法  9-10
    1.3.2 金属有机物化学气相沉积法  10
    1.3.3 化学途径合成ZnO纳米结构  10-11
  1.4 纳米氧化锌的光致发光性能  11-14
    1.4.1 ZnO的光致发光光谱  11-12
    1.4.2 ZnO的紫外光发射  12-13
    1.4.3 ZnO的可见光发射  13-14
  1.5 纳米ZnO的表面修饰  14-16
  1.6 纳米ZnO的应用前景  16-20
    1.6.1 纳米ZnO应用于气体传感器  17
    1.6.2 纳米ZnO应用于紫外传感器  17
    1.6.3 纳米ZnO应用于染料敏化太阳能电池  17-18
    1.6.4 纳米ZnO应用于生物荧光标记  18-19
    1.6.5 纳米ZnO应用于光催化  19-20
  1.7 纳米ZnO研究中的现存问题  20-21
  1.8 本课题研究思路及创新性  21-22
第二章 实验原料与实验装置  22-26
  2.1 实验原料  22-23
  2.2 实验设备  23
    2.2.1 超声波清洗器  23
    2.2.2 离心机  23
    2.2.3 电子分析天平  23
    2.2.4 三用紫外灯  23
    2.2.5 溶剂过滤器  23
  2.3 测试设备与表征  23-26
    2.3.1 透射电镜分析  23-24
    2.3.2 XRD分析  24
    2.3.3 FTIR分析  24
    2.3.4 光致发光分析（PL）  24
    2.3.5 紫外-可见吸收分析（UV-Vis）  24
    2.3.6 瞬态光谱分析（TRPL）  24-26
第三章 ZnO量子点的制备及其发光性能研究  26-38
  3.1 ZnO量子点的制备  26
  3.2 ZnO量子点的形貌及结构表征  26-27
  3.3 ZnO量子点的形成机理  27-28
  3.4 ZnO量子点表面化学键表征  28
  3.5 ZnO量子点发光性能的研究  28-33
    3.5.1 ZnO量子点光致发光光谱  28-29
    3.5.2 ZnO量子点荧光量子产率的计算  29-30
    3.5.3 ZnO量子点发光机理研究  30-33
  3.6 锌盐种类对ZnO发光性能的影响  33-38
第四章 有机酸修饰ZnO量子点的发光性能及发光机理研究  38-58
  4.1 有机酸修饰ZnO量子点的表面价键分析  39-44
    4.1.1 MAA修饰ZnO量子点的表面价键分析  39-40
    4.1.2 OA修饰ZnO量子点的表面价键分析  40-41
    4.1.3 AA修饰ZnO量子点的表面价键分析  41-42
    4.1.4 PA修饰ZnO量子点的表面价键分析  42-43
    4.1.5 ZnO与有机羧酸的键合方式  43-44
  4.2 有机酸修饰ZnO量子点的光致发光性能  44-46
  4.3 有机酸浓度对ZnO量子点的形貌及发光性能的影响  46-48
    4.3.1 MAA浓度对ZnO量子点形貌的影响  46-47
    4.3.2 MAA 浓度对 ZnO 量子点发光性能的影响  47-48
  4.4 有机酸修饰 ZnO 量子点的荧光寿命分析  48-53
    4.4.1 修饰后ZnO量子点的荧光寿命分析  48-50
    4.4.2 修饰ZnO后,有机酸的发光性能以及荧光寿命分析  50-53
  4.5 Gaussian 计算有机物及 ZnO 的能带结构  53-54
  4.6 羧酸影响ZnO量子点发光来源于能量转移的可能性  54-55
  4.7 有机酸修饰改变ZnO量子点发光强度的机制  55-58
第五章 结论  58-59
参考文献  59-66
发表论文和参加科研情况说明  66-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 材料 > 化合物半导体 > 氧化物半导体
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