氧化鋅量子點的制備與應用研究
發(fā)布時間:2021-11-28 20:19
氧化鋅量子點(ZnO QDs)因良好的生物相容性、禁帶寬度可調、環(huán)境友好、高量子效率以及易于合成等諸多優(yōu)點,在熒光墨水,生物成像以及健康照明等領域有著潛在的應用前景。然而,氧化鋅量子點的制備仍然相對繁瑣并且產(chǎn)量較低(小于1克),其在酸性條件和金屬離子存在的條件下存在嚴重的熒光猝滅問題。本論文中,針對這些問題,我們首次一次性大規(guī)模制備了高量子效率的氧化鋅量子點,利用其在酸性和金屬離子存在條件下熒光猝滅的問題,實現(xiàn)了在酸雨檢測,高級信息加密,可重復書寫等方面的應用。最后我們以氧化鋅量子點為空間載體分離碳點,制備了碳-氧化鋅交替量子點鏈,并且探究其在健康照明方面的應用。具體創(chuàng)新性如下:1、以醋酸鋅為前驅體,氫氧化鉀作為堿源,一次性制備了34克氧化鋅量子點熒光粉末。詳細研究了在不同條件下合成的ZnO QDs的結構及其發(fā)光特性。瞬態(tài)光譜研究發(fā)現(xiàn)其發(fā)光主要來自于表面缺陷和深能級電子空穴的復合發(fā)光。我們以所制備的氧化鋅量子點粉末作為熒光粉,成功制備黃光發(fā)光二極管(LED),為制備廉價、環(huán)保型氧化鋅量子點LED打下了基礎。2、詳細探究了所合成的ZnO QDs在酸性和金屬銅離子環(huán)境下的熒光猝滅現(xiàn)象,利用...
【文章來源】:中國科學院大學(中國科學院長春光學精密機械與物理研究所)吉林省
【文章頁數(shù)】:113 頁
【學位級別】:博士
【部分圖文】:
CdSe量子點的理論結構模型
圖 1.2 體材料和量子點的能帶圖。Fig. 1.2 Energy band diagram of bulk materials and QDs1.2.3 量子點的物理特性尺寸效應:當量子點的尺寸小于一定尺寸與其激子的波爾半徑相當或者是更小時,量子點費米能級附近的能級逐漸變寬,由準連續(xù)能級變?yōu)殡x散能級;半導體納米粒子能級隨尺寸變小而能隙變寬的現(xiàn)象均可稱之為量子尺寸效應[22]。 早在上個世紀六十年代,久保采用電子模型求得了金屬納米晶粒的能級間距 δ 為:δ=4Ef/3N。其中,Ef表示金屬納米晶的費米勢能,而 N 為其中總的電子數(shù)。從上述模型可以指出能級的平均間距與金屬納米晶中的自由電子數(shù)成反比。按照能帶理論,金屬費米能級附近電子能級一般是連續(xù)的,而這一點已經(jīng)被證實只有在高溫或者是宏觀尺寸條件下才成立。對于只有有限個電子的粒子來說,在低溫下電
圖 1.3 (a)在 365nm紫外燈照射下,量子點隨尺寸變化的發(fā)光照片和發(fā)光光譜;(b) 量子點隨尺寸變化的能級變化及光譜變化。Fig. 1.3 (a) The fluorescence imags and spectra of QDs under illumination of 365 nm; (b) Energyband and fluorescence spectra versus size of QDs表面效應:由于量子點尺寸的較小,相對于體材料有大部分原子位于量子點的表面,因此量子點的比表面積隨尺寸的減小而不斷增大。由于量子點較大的比表面積,導致了量子點表面原子的配位不足、不飽和鍵和懸鍵增多。由于量子點表面的原子具有高的活性,很容易與其它原子結合。這將引起量子點大的表面能和表面高的活性,稱之為表面效應。量子點的表面效應一方面會引起量子點表面原子輸運和結構型的變化,另一方面也引起表面電子自旋構象和電子能譜的變化。表面缺陷會導致捕獲電子或空穴,進而影響量子點的光學性質、引起非線性光學效應[6]。
本文編號:3525080
【文章來源】:中國科學院大學(中國科學院長春光學精密機械與物理研究所)吉林省
【文章頁數(shù)】:113 頁
【學位級別】:博士
【部分圖文】:
CdSe量子點的理論結構模型
圖 1.2 體材料和量子點的能帶圖。Fig. 1.2 Energy band diagram of bulk materials and QDs1.2.3 量子點的物理特性尺寸效應:當量子點的尺寸小于一定尺寸與其激子的波爾半徑相當或者是更小時,量子點費米能級附近的能級逐漸變寬,由準連續(xù)能級變?yōu)殡x散能級;半導體納米粒子能級隨尺寸變小而能隙變寬的現(xiàn)象均可稱之為量子尺寸效應[22]。 早在上個世紀六十年代,久保采用電子模型求得了金屬納米晶粒的能級間距 δ 為:δ=4Ef/3N。其中,Ef表示金屬納米晶的費米勢能,而 N 為其中總的電子數(shù)。從上述模型可以指出能級的平均間距與金屬納米晶中的自由電子數(shù)成反比。按照能帶理論,金屬費米能級附近電子能級一般是連續(xù)的,而這一點已經(jīng)被證實只有在高溫或者是宏觀尺寸條件下才成立。對于只有有限個電子的粒子來說,在低溫下電
圖 1.3 (a)在 365nm紫外燈照射下,量子點隨尺寸變化的發(fā)光照片和發(fā)光光譜;(b) 量子點隨尺寸變化的能級變化及光譜變化。Fig. 1.3 (a) The fluorescence imags and spectra of QDs under illumination of 365 nm; (b) Energyband and fluorescence spectra versus size of QDs表面效應:由于量子點尺寸的較小,相對于體材料有大部分原子位于量子點的表面,因此量子點的比表面積隨尺寸的減小而不斷增大。由于量子點較大的比表面積,導致了量子點表面原子的配位不足、不飽和鍵和懸鍵增多。由于量子點表面的原子具有高的活性,很容易與其它原子結合。這將引起量子點大的表面能和表面高的活性,稱之為表面效應。量子點的表面效應一方面會引起量子點表面原子輸運和結構型的變化,另一方面也引起表面電子自旋構象和電子能譜的變化。表面缺陷會導致捕獲電子或空穴,進而影響量子點的光學性質、引起非線性光學效應[6]。
本文編號:3525080
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