發(fā)布時間：2017-10-05 01:10

  本文關(guān)鍵詞：紅外納米材料的制備及其在近紅外發(fā)光二極管與雙穩(wěn)態(tài)器件中的應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 近紅外 PbS/CdS PbSe自組裝納米顆粒 二氧化硅 雙穩(wěn)態(tài)

【摘要】：半導體納米顆粒(量子點)的材料加工工藝、化學合成等研究正在以驚人的速度進展,同時也帶來一些與商業(yè)緊密聯(lián)系并且新奇和激動人心的應(yīng)用前景。特別是近年來對窄帶系材料研究的興趣越來越濃厚。有關(guān)這些材料的研究結(jié)果得到了廣泛的應(yīng)用。例如紅外線光電(光學調(diào)節(jié)器、激光、光學成像設(shè)備和光電探測器),太陽能電池,低成本/大尺寸的微電子,生物傳感器和生物成像系統(tǒng)。對于不同的材料而言,它們都帶有各自的優(yōu)缺點,因此對于具有特殊應(yīng)用的量子點,如何將這些材料組裝成"量子點固態(tài)薄膜"并保持其原有優(yōu)異性能是基于量子點器件應(yīng)用的關(guān)鍵科學問題。本文的主要內(nèi)容是有關(guān)近紅外納米材料PbS、PbS/CdS量子點和二氧化硅包覆的PbSe自組裝納米顆粒的薄膜分別在近紅外發(fā)光二極管、電學雙穩(wěn)態(tài)器件方面的應(yīng)用。由于其自身獨特光電性質(zhì),近年來針對鉛屬膠體納米顆粒PbX(=S,Se,Te)在光電、夜視、發(fā)光二極管、生物標記方面的應(yīng)用已經(jīng)進行了大量的研究。相對于可見和紫外波段的光,鉛屬半導體能獲得在1.3 μm-1.6 μm無線電波段發(fā)光的高品質(zhì)量子點使其成為近紅外發(fā)光是很好的候選材料。因為鉛屬半導體具有較小的體相帶隙(PbS、PbSe和PbTe分別為0.41、0.28、0.31ev)和較大的激子波爾半徑,相對較大的量子點仍然具有量子限域效應(yīng)。在眾多鉛屬量子點中,PbS量子點不僅擁有良好的熒光特性而且其合成簡單可控以及采用的S前驅(qū)體相對于Se/Te毒性較低等優(yōu)點,使得其成為鉛屬量子點中的研究熱點,自Hines和Scholes首次報道了膠體有機金屬油相路徑合成PbS納米顆粒以來,基于PbS量子點的電致發(fā)光二極管成為了近紅外領(lǐng)域發(fā)光器件的熱門研究領(lǐng)域。然而目前用于近紅外發(fā)光的PbS或PbS/CdS核殼結(jié)構(gòu)的量子點的發(fā)光二極管效率不是很高。存在的問題包括量子點的熒光效率不高、表而配體不適宜、器件結(jié)構(gòu)不合理等因素。針對這些問題,本文的第二章講述了通過優(yōu)化反應(yīng)前軀體的化學計量比、反應(yīng)溫度、殼層生長時間以及配體的交換來改善近紅外納米材料PbS的光電性質(zhì)在鉛屬膠體量子點PbSe合成及應(yīng)用方面,自Murrray首次報道了熱注入方法來合成單分散的PbSe量子點以來,在隨后的PbSe量子點研究工作中,報道了利用不同有機金屬前驅(qū)物在有機溶劑中合成PbSe納米顆粒的各種幾何形態(tài),包括球形、方形、條狀、八面菱形、直線和圓形。這些幾何形狀的主要生長機制是較小的PbSe納米顆粒朝某個方向依附堆積形成自組裝結(jié)構(gòu)。自組裝結(jié)構(gòu)的光電性質(zhì)強烈的依靠不同的生長方向以及顆粒大小。而對于PbSe三維八面自組裝納米顆粒的光學和電學的性質(zhì)應(yīng)用研究不是很多。單個納米顆粒利用二氧化硅包裹后有利于在電荷存儲和生物標記方面的應(yīng)用,因為二氧化硅能夠保護納米顆粒的表面避免被氧化提高納米顆粒的穩(wěn)定性;另外,二氧化硅自身也是很好的絕緣材料和介電材料,通過調(diào)整反應(yīng)時間和前軀體濃度可以改變二氧化硅包覆層的厚度。第三章我們主要研究通過反微乳液法用二氧化硅包裹PbSe自組裝納米顆粒,進而研究了基于這種二氧化硅包覆的PbSe在雙穩(wěn)態(tài)器件應(yīng)用中的載流子傳輸機制。由于在下一代記憶器件當中有潛在的應(yīng)用,大面積機制靈活的有機電學雙穩(wěn)態(tài)器件已經(jīng)吸引了研究人員的很多注意力。在不同的掃描電壓下雙穩(wěn)態(tài)器件會呈現(xiàn)出兩種不同的電阻態(tài)。隨著半導體納米顆粒的合成和光電性質(zhì)的研究進展,納米顆粒和聚合物混合已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在有機雙穩(wěn)態(tài)器件當中。例如:聚合物金屬納米顆粒結(jié)構(gòu)和有機/無機納米顆粒/有機三明治結(jié)構(gòu)。近來,無機半導體納米顆粒包括ZnO、CdSe-InP、Zr02被鑲嵌在有機襯底當中,通過簡單的溶液法旋涂制備雙穩(wěn)態(tài)器件。在第三章中我們報道了一種基于二氧化硅包裹PbSe自組裝納米顆粒全新材料制備的電學雙穩(wěn)態(tài)器件。其結(jié)構(gòu)如下:ITO/PEDOT:PSS/PbSeNCs@SiO2/Al,在這種結(jié)構(gòu)中二氧化硅包裹的PbSe自組裝納米顆粒與無機納米顆粒鑲嵌在有機襯底中功能是相似的。我們通過調(diào)控量子點表面的配體三辛基氧化膦和油酸之間的相互作用把PbSe量子點自組裝成三維八面納米顆粒,然后基于這種將這種二氧化硅包裹后的PbSe構(gòu)筑電雙穩(wěn)態(tài)器件,其器件具有較好的效果。通過表征電流-電壓(Ⅰ-Ⅴ)特性,我們研究了雙穩(wěn)態(tài)器件的載流子傳輸機制,發(fā)現(xiàn)電學雙穩(wěn)態(tài)器件的記憶效果與電荷存儲有關(guān)聯(lián)(包括電荷捕獲、電荷分離、電荷轉(zhuǎn)移)。
【關(guān)鍵詞】：近紅外 PbS/CdS PbSe自組裝納米顆粒 二氧化硅 雙穩(wěn)態(tài)
【學位授予單位】：河南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;TN312.8
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-34
• 1.1 引言12-13
• 1.2 基于鉛量子點的合成13-20
• 1.2.1 硒化鉛(PbSe)量子點的合成13-16
• 1.2.2 硫化鉛(PbS)量子點的合成16
• 1.2.3 PbSe/CdSe與PbS/CdS核殼量子點的合成16-20
• 1.3 基于鉛量子點的表面修飾20-24
• 1.4 基于鉛量子點的性質(zhì)24-26
• 1.5 其它近紅外發(fā)光量子點26-27
• 1.6 近紅外納米顆粒的應(yīng)用27-28
• 1.6.1 近紅外量子點在近紅外發(fā)光二極管中的應(yīng)用27
• 1.6.2 近紅外核殼量子點在雙穩(wěn)態(tài)器件當中的應(yīng)用27-28
• 1.7 本文研究的思路和主要內(nèi)容28-30
• 1.7.1 本文研究的思路28-29
• 1.7.2 本文研究的主要內(nèi)容29-30
• 參考文獻30-34
• 第二章 高熒光效率近紅外PbS和PbS/CdS核殼量子點的合成及其IR-LED的應(yīng)用34-58
• 2.1 實驗部分34-37
• 2.1.1 實驗試劑和儀器34-35
• 2.1.2 鉛、鎘和硫前軀體的制備35
• 2.1.3 PbS量子點的制備35-36
• 2.1.4 PbS/CdS核殼量子點的制備36-37
• 2.1.5 基于PbS/CdS核殼量子點的近紅外發(fā)光二極管(IR-LED)的制備37
• 2.2 結(jié)果與討論37-52
• 2.2.1 PbS量子點的吸收,熒光和TEM圖37-39
• 2.2.2 油酸(OA)用量和不同鉛源對PbS量子點合成的影響與分析39-41
• 2.2.3 三辛氧磷(TOP)對PbS量子點合成的影響與分析41-45
• 2.2.4 PbS量子點進行表面修飾的結(jié)果分析45-47
• 2.2.5 PbS/CdS核殼量子點的吸收,熒光和TEM的分析47-48
• 2.2.6 不同溫度對CdS殼層生長的影響與分析48
• 2.2.7 不同量子點PbS核對長殼的影響與分析48-51
• 2.2.8 不同CdS殼層厚度對發(fā)光二極管得到的數(shù)據(jù)與分析51-52
• 2.3 本章小結(jié)52-54
• 參考文獻54-58
• 第三章 二氧化硅包裹三維PbSe自組裝納米顆粒及其有效的雙穩(wěn)態(tài)器件58-66
• 3.1 實驗部分58-60
• 3.1.1 實驗試劑與儀器58
• 3.1.2 有機金屬前軀體的制備58-59
• 3.1.3 PbSe自組裝納米顆粒的制備59
• 3.1.4 二氧化硅包裹PbSe自組裝納米顆粒的制備59
• 3.1.5 基于二氧化硅包裹PbSe自組裝納米顆粒的雙穩(wěn)態(tài)器件的制備59-60
• 3.2 結(jié)果與討論60-65
• 3.2.1 PbSe自組裝過程的TEM,SEM的結(jié)果與分析60
• 3.2.2 TOP與TOPO不同的比例對PbSe自組裝形狀的影響與分析60-61
• 3.2.3 鉛前驅(qū)物不同熱處理條件得到自組裝NCs的SEM的結(jié)果與分析61-62
• 3.2.4 TDPA替換OA得到PbSe自組裝NCs的SEM的結(jié)果與分析62-63
• 3.2.5 NH_3H_2O和TEOS的用量對SiO_2厚度增長的影響與分析63-64
• 3.2.6 PbSe self-assembly NCs@SiO_2, PbSe self-assembly NCs, PbSe QDs, PbSeQD@SiO_2四種材料在相同的雙穩(wěn)態(tài)器件結(jié)構(gòu)下的數(shù)據(jù)結(jié)果與分析64-65
• 3.3 本章小結(jié)65-66
• 總結(jié)66-68
• 參考文獻68-72
• 碩士期間發(fā)表的論文及完成的工作72-74
• 致謝74

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