本文關鍵詞：半導體量子點小系統(tǒng)近場熒光增強調控及其應用研究　出處：《貴州大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 表面增強熒光 量子點小系統(tǒng) 掃描近場光學顯微鏡 金納米粒子 層狀納米波導 納米線

【摘要】：半導體量子點(Semiconductor quantum dots,SQDs)是一類重要的納米材料,它具有不同于體材料的獨特光學性質,已經被廣泛應用于生物標記,太陽能電池,LED顯示技術,激光器,量子點光譜儀等許多研究領域。由于量子點具有大的比表面積,容易被氧化和團聚,從而給存儲和應用帶來了不便。為了解決這樣的問題,通常采用有機物包裹量子點的方法讓其保持穩(wěn)定。雖然,有機物的包裹作用能夠使量子點均一穩(wěn)定地分散于有機溶劑中,但是,量子點的存在的形式和光輻射特性將發(fā)生了很大的變化(例如,多個量子點的集體效應將變得明顯,也稱為量子點的超輻射現象。),這為量子點的應用提供了新的思路。本論文以多個量子點組成的量子點小系統(tǒng)(也稱量子點團簇)為研究對像,在掃描近場光學顯微鏡平臺上,利用具有納米尺度的激光斑點與量子點相互作用輻射熒光的方法,研究單個量子點小系統(tǒng)及它的復合薄膜的熒光性質,并探索了幾種調控它們表面增強熒光的方法,本論文完成的主要研究工作和獲得的研究結果包括:1、在油酸—石蠟體系下,分別制備了具有油酸包裹的膠體CdSe量子點團簇和膠體ZnSe核/ZnS殼結構的量子點團簇。研究結果表明,單個膠體CdSe量子點團簇和ZnSe核/ZnS殼結構的量子點團簇的尺寸分別120nm和88nm左右,并且單個量子點分布均勻其中,具有清晰的閃鋅礦結構的單晶。同時,它們的吸收光譜熒光光譜與體材料相比,均發(fā)生了明顯的藍移。2、研究了利用金納米粒子調控PMMA與量子點組成的復合薄膜的表面增強熒光的原理與方法。在實驗上,使用掃描近場光學顯微鏡測量平臺,利用納米孔徑針尖測量了單個量子點團簇和它的復合薄膜與金納米粒子相互作用產生的表面增強熒光效應和頻移效應。結果表明,(1)由于納米級孔徑的限制,圓錐形納米孔徑針尖輻射的倏逝波近場能夠增加量子點的熒光通量和提高檢測分辨率,增大量子點與金納米粒子相互作用截面,促進它們的耦合。(2)對于ZnSe/ZnS量子點,以金納米粒子作為量子點團簇與多孔二氧化鈦之間的中間層可以使熒光增強2.5倍。采用金納米粒子作為量子點團簇為表面增強劑,由于量子點薄膜的反射作用,可使量子點熒光增強10倍。(3)對于以CdSe量子點,采用金納米粒子作為多孔二氧化鈦與量子點薄膜的中間層可使量子點熒光增強11.7倍,而采用金納米粒子作為表面增強劑可使量子點熒光增強1.7倍。與znse/zns量子點薄膜相比,差異如此大的原因主要是cdse量子點的吸收光譜與熒光光譜有很大的重疊區(qū)域,cdse量子點可反復地吸收它周圍量子點的熒光,以及介質由于反射而返回的熒光,相當于增加了cdse量子點的吸收率,導致cdse量子點相比znse/zns量子點具有更高熒光增強率。(4)znse/zns量子點薄膜的mapping測量結果表明,金納米粒子吸收量子點的熒光后產生局域表面等離子體共振效應能夠有效地增強量子點熒光,金納米粒子聚集的地方可以使量子點基態(tài)激子熒光產生較大的頻移,但是熒光強度不是最大的,即,金納米粒子增加在一定程度上增強量子點輻射熒光,但是過多只會導致更大的頻移而不能產生更多的熒光。cdse量子點薄膜的mapping測量結果表明,吸收光譜與熒光光譜重疊的量子點,它們之間的相互作用可以修改量子點的能級結構,并產生超輻射現象,而且,采用孔徑針尖的倏逝波近場激發(fā)量子點團簇的熒光會增強量子點的這種集體效應,并導致較大的頻移出現。再采用金納米粒子作為熒光增強劑會加大熒光增強的程度。另外,以金納米粒子作為量子點薄膜表面熒光增強劑的熒光增強效果比金納米粒子作為中間層的熒光增強率差的原因主要是金納米粒子處于中間層可以獲得更高效的表面等離子增強的能量。(5)隨著入射光極化方向變化,量子點基態(tài)激子熒光峰值將會發(fā)生移動,同時它的熒光強度呈現正弦振蕩規(guī)律變化。3、分別在實驗上研究了和理論解釋了錐形層狀納米波導與znse/zns量子點相互作用調控量子點熒光譜譜形的方法,以及調控表面增強熒光的物理機制。結果表明,通過調控錐形納米波導尖端與znse/zns量子點之間的距離可以調控量子點熒光的輻射強度,隨著它們之間距離的增加,遠場熒光呈脈沖式的下降。納米波導表面金屬膜與量子點熒光相互作用產生表面等離子體共振效應導致了遠場熒光光譜中出現多個表面等離子體的吸收峰,并減少了光譜的全峰半寬。采用表面拋光的n型硅作為基底,增加基底對量子點的熒光的反射率,盡可能多地讓量子點熒光與錐形納米波導表面相互作用,實現選擇性地調控量子點非基態(tài)激子熒光的輻射率,出現新的熒光增強峰,控制量子點熒光輻射。結果表明,均勻分散的單層量子點薄膜的單個量子點熒光輻射顯著,減少了由于量子點之間的耦合產生超輻射現象,也使得量子點的全峰半寬減少了53nm。另外,由于量子點表面包裹層的改變,使得量子點基態(tài)激子峰值波長藍移了13nm。同時,出現了一個534nm的新的增強的熒光峰,并重復多次的實驗結果也證實了量子點基態(tài)激子熒光峰值強度與表面增強熒光峰值強度之間存在一個平衡關系,即量子點基態(tài)激子熒光強度增加,而表面增強熒光峰值強度將減小,反之亦然,它圍繞某一平衡曲線發(fā)生漲落。4、在多孔二氧化鈦基底上,真空低溫退火的條件下,膠體CdSe量子點自組裝方法制備了具有周期性陣列的納米線,并采用掃描近場光學顯微成像方法表征納陣列納米的熒光譜。測量納米線的光譜表明,形成納米線以后,產生比膠體量子點團簇更小的量子受限結構,使納米線的基態(tài)激子熒光峰藍移,并在420nm和640nm處出現了新的激子熒光峰。該研究為采用物理方法由量子點自組裝制備納米線提供了新的技術思路。本論文的創(chuàng)新之處在于:1、考慮多個量子點之間的協(xié)同相互作用,以單個量子點團簇組成小系統(tǒng)為研究對象,提出了采用納米孔徑針尖輻射的倏逝波近場增強金納米粒子與量子點耦合效應,進而提升了量子點表面增強熒光效應的實驗方法,同時,獲得了不同復合薄膜結構的中單個量子點團簇的表面增強熒光因子和頻移效應的物理機制;2、在油酸—石蠟體系下,制備了具有穩(wěn)定存在的、抗氧化性好的、多量子點均勻分散的膠體量子點團簇;3、提出了錐形層狀納米集成波導調控量子點遠場熒光譜的理論模型與實驗方法,并在實驗上驗證了理論模型的正確性;4、提出了以膠體量子點團簇為原材料,在低溫真空退火條件下制備了具有周期性陣列排布的納米線的實驗過程與近場激發(fā)的測量方法。
【學位授予單位】：貴州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O471.1;TB383.1

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 雷達;沈永濤;馮奕鈺;封偉;;量子點能帶寬調控研究新進展[J];中國科學:技術科學;2012年05期

2 宋凱;;量子點閃光的風采[J];百科知識;2010年06期

3 袁曉利,施毅,楊紅官,卜惠明,吳軍,趙波,張榮,鄭有p，

本文編號：1329171