本文選題：硫化鎘　切入點：量子點　出處：《吉林大學》2016年博士論文

【摘要】：具有磁學性質的熒光量子點納米結構廣泛應用在多功能生物成像、生物醫(yī)學、光催化、太陽能電池、光電探測和磁光領域。晶粒尺寸、摻雜和高壓能夠引起晶體結構和電子結構的變化,導致材料物理和化學性質的改變。晶粒尺寸的減小,引起能級分立和量子限域效應；摻雜能改變主體材料中載流子的類型,形成的雜質能級可引起電子結構的變化；高壓誘導主體材料發(fā)生相變,而晶體結構改變引起相鄰原子間電子軌道交疊程度的變化,進而發(fā)生電子結構的變化。CdS由于具有良好的光電性能成為人們關注的寬禁帶半導體之一。論文通過制備摻雜過渡金屬離子Mn、Co和稀土離子Eu的CdS基量子點,研究摻雜對其光學和磁學性質的影響,高壓對其結構穩(wěn)定性和光學特性的影響,進而理解摻雜和高壓對其電子結構的改變,為CdS基納米材料的性能優(yōu)化提供理論和實驗基礎。本文的主要研究成果如下：1.利用氣液表面反應裝置,合成出了纖鋅礦CdS及不同摻雜濃度的CdS:Eu量子點(8-10 nm)；利用氣液化學沉積微波裝置,制備出了閃鋅礦CdS及不同摻雜濃度的CdS:Mn/CdS:Co量子點(3-5 nm),探討了纖鋅礦CdS和閃鋅礦CdS不同的生長機理。在富S和富Cd的不同生長條件下,由于反應液的釋放速度不同,導致晶種形成的數(shù)量不同,并通過控制晶種的生長速度,形成不同的晶體結構。2.纖鋅礦CdS:Eu量子點表現(xiàn)室溫鐵磁性(Ms=0.0322 emu/g),ZFC-FC實驗表明為單一鐵磁相,飽和磁化強度隨摻雜濃度的增大,呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢;第一性原理計算表明,在富S的制備條件下,Cd空位復合Eu替位的摻雜體系形成能最小,電子態(tài)密度呈現(xiàn)半金屬鐵磁性,為P型半導體,磁性的主要來源是S3p電子與Eu 4f電子之間的交互作用。PL光譜研究表明,隨著摻雜濃度的增大,Eu3+離子占據(jù)了空位的位置,彼此接近的間隙中相互作用的Cd空位數(shù)量在減少,導致Cd空位的特征峰藍移。3.閃鋅礦CdS:Mn量子點表現(xiàn)室溫鐵磁性(Ms=0.057 emu/g),由于Mn-Mn對之間出現(xiàn)的的反鐵磁作用隨摻雜離子濃度的升高而增長.飽和磁化強度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢；第一性原理計算表明,富Cd生長條件下,替位摻雜優(yōu)先于間隙位摻雜；考慮替位為主的情況下,S空位復合Mn替位的摻雜構型形成能最低,為主要的磁性來源。紫外吸收可見光譜表明,微波加熱時間延長,顆粒尺寸呈現(xiàn)增長的趨勢,吸收光譜紅移；摻雜導致主體材料帶隙增長,這與第一性原理計算的結果吻合。4.對閃鋅礦CdS和CdS:Co量子點(3-5 nm)的高壓同步輻射研究表明,Co離子摻雜降低了CdS的相變壓力(CdS=4.89 GPa,CdS：Co=4.06 GPa),提高了常壓相和高壓相的體彈模量,高壓相變是部分可逆相變。基于第一性原理的計算表明：摻雜后,壓力對Co-S鍵長的影響要大于Cd-S鍵,導致相變壓力降低。CdS在相變時表現(xiàn)為S 3p態(tài)與Cd 5s態(tài)的共鍵作用減弱,5s電子在整個晶格里移動,導致電子結構在結構相變后也發(fā)生轉變。而CdS:Co在相變時則主要表現(xiàn)為S 3p態(tài)與Co 3d態(tài)之間的雜化減弱,Co 3d態(tài)的高度局域性特征在轉變?yōu)閹r鹽礦后消失。5.對纖鋅礦CdS和CdS:Eu量子點(8-10 nm)的高壓同步輻射、高壓拉曼研究表明,微量摻雜的Eu離子提升了CdS的相變壓力(CdS=4.76 GPa,CdS:Eu=5.22 GPa),摻雜提高了常壓相和高壓相的體彈模量,高壓相變是部分可逆相變。纖鋅礦CdS高壓PL峰在轉變?yōu)閹r鹽礦后發(fā)生猝滅,Eu3+離子的5D0→7FJ(J=-1,2)的PL光譜表明了不同壓力作用下Eu3+離子局域對稱性的改變,以及主體材料中由Eu3+反映出來的晶體場的改變。在7.26 GPa,一個位于655.90 nm的5D0→7F3新峰被探測到,并且隨著壓力的上升峰強逐漸增長。這說明CdS:Eu量子點中Eu3+離子的位置從點對稱朝著非中心對稱點群轉變。
[Abstract]:The nanometer structure of fluorescent quantum dots with magnetic properties is widely used in the fields of multi - functional biological imaging , biomedical , photocatalysis , solar cell , photoelectric detection and magneto - optic field . The grain size , doping and high voltage can cause the change of crystal structure and electron structure , resulting in the change of physical and chemical properties of the material .
doping can change the type of carriers in the host material , and the impurity level formed can cause the change of the electronic structure ;
The effects of doping and high voltage on the optical and magnetic properties of CdS - based nano - materials have been studied . The effects of doping and high voltage on the structure stability and optical properties of CdS - based nano - materials are studied .
CdS : Mn / CdS : Co quantum dots ( 3 - 5 nm ) were prepared by gas - liquid chemical deposition of CdS : Mn / CdS : Co quantum dots ( 3 - 5 nm ) .
The first principle calculation shows that , under the condition of Cd - rich growth , the substitution doping takes precedence over the gap doping ;
In the case of the dominant position , the formation of the doping configuration of the S - vacancy complex Mn - position is the lowest , which is the main magnetic source . The visible spectrum of ultraviolet absorption shows that the microwave heating time is prolonged , the particle size shows the trend of growth , and the absorption spectrum is red shift ;
The results of high voltage synchronous radiation of CdS and CdS : Co quantum dots ( CdS = 4.76 GPa , CdS : Co = 4.06 GPa ) show that the change of the phase transition pressure ( CdS = 4.76 GPa , CdS : Eu = 5.22 GPa ) and the change of the high voltage phase transition are partially reversible .

【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O471.1

【參考文獻】

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1 李鑫;溫九青;劉敬祥;方岳平;余家國;;光催化還原CO_2合成太陽燃料半導體光催化劑的設計與制備(英文)[J];Science China Materials;2014年01期

2 嚴佳佳;王坤;許暉;錢靜;劉巍;楊興旺;李華明;;CdS/石墨烯納米復合物的可見光催化效率和抗光腐蝕行為(英文)[J];催化學報;2013年10期

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本文編號：1728984