【摘要】：量子點由于具有許多有別于傳統(tǒng)體材料的特性而被廣泛研究,因此在生物醫(yī)學(xué)、發(fā)光器件等方面擁有很大的應(yīng)用前景。本文從應(yīng)用的需求出發(fā)利用水相合成法制備了Ⅱ-Ⅵ族量子點。水相合成法制備半導(dǎo)體量子點具有很多優(yōu)點：首先,量子點制備簡單,低能耗,成本低,生成的量子點與生物分子兼容；其次,通過利用多種配體作為表面活性劑或者穩(wěn)定劑,使得生成的量子點表面攜帶不同的功能性基團,從而能滿足不同的需求；除此之外,水相合成法制備的量子點還具有單分散性好,發(fā)光效率高,尺寸易于控制等優(yōu)勢。Ⅱ-Ⅵ族量子點具有比較窄的發(fā)射帶,較高的發(fā)光效率,發(fā)光波長的尺寸依賴性等特點,因而成為當前研究的熱點。本論文采用水相合成法制備了CdTe量子點,對制備的CdTe量子點提純后作為核,在其表面外延生長CdS殼層,成功制備了CdTe/CdS核殼量子點,鈍化了核的表面從而提高了量子點的熒光效率；本文采用的是以提純后的CdTe量子點為核,在其表面生長殼層,從而避免了生成CdTeS合金量子點的缺點。除了表面鈍化量子點外,還有兩個重要的方法可以提高量子點的熒光效率,一個是通過表面等離激元與量子點共振耦合下的近場增強來提高量子效率,另一個是利用具有納米結(jié)構(gòu)的圖形化襯底來提高量子點薄膜的熒光性能。全文主要研究成果如下：一、以巰基丙酸(MPA)為穩(wěn)定劑,利用水相合成法制備了尺寸均一、單分散性好的CdTe量子點。當反應(yīng)15min時,在469nm處出現(xiàn)了明顯的吸收峰,對應(yīng)的量子點的熒光峰位于485nm處。隨著反應(yīng)時間的增加,CdTe量子點的尺寸增大,熒光峰位紅移,當反應(yīng)時間增大為2.5h時,熒光峰位紅移了50nm,此時熒光強度達到最大值,結(jié)晶質(zhì)量最優(yōu)。為提高CdTe量子點的熒光效率并快速獲得較大顆粒的量子點,在核CdTe的表面外延生長了殼層CdS。結(jié)果表明,通過外延生長CdS殼層,在較短的時間內(nèi)(40min) CdTe/CdS量子點的熒光峰就紅移了50-80nm,從而能實現(xiàn)紅光的快速制備；外延生長的CdS殼層厚度為3個單層時,CdTe/CdS核殼量子點的熒光強度達到最大值,殼層的鈍化作用較為明顯。隨著殼層厚度的增加(0-5個CdS單層),CdTe量子點的熒光峰位逐漸紅移(70nm),主要是由于CdS殼層的包覆,量子點尺寸增大所致,透射電子顯微鏡(TEM)表征進一步驗證了量子點尺寸的變化。在CdTe量子點的表面包覆CdS殼層,緩解了量子點的光氧化和光漂白,增強了量子點的光穩(wěn)定性。二、制備了CdTe/CdS量子點(QDs)/Au納米顆粒(NPs)復(fù)合膜,研究了Au NPs對CdTe/CdS QDs薄膜熒光性能的影響,以及CdTe/CdS QDs薄膜與AuNPs之間隔離層厚度對復(fù)合膜熒光性能的影響。實驗結(jié)果表明隨著隔離層厚度增加,納米復(fù)合膜的吸收逐漸增強,而對應(yīng)復(fù)合膜的熒光強度先增大后減小,當隔離層為6個PDDA/PSS雙分子層時,復(fù)合膜的熒光強度達到最大值,這主要歸因于能量轉(zhuǎn)移淬滅和局域電場導(dǎo)致的熒光增強之間共同作用的結(jié)果。金屬納米顆粒的尺寸是影響其表面等離激元的重要因素,本文研究了平均粒徑為100nm和300nm的Au NPs對納米復(fù)合膜熒光性能的影響,實驗結(jié)果表明隨著Au納米顆粒尺寸增大,CdTe/CdS量子點/Au納米顆粒(CdTe/CdS QDs/Au NPs)納米復(fù)合膜的吸收率增大且熒光強度逐漸增強,這主要是因為粒徑為300nm的Au顆粒附近的輻射電磁場較強。為驗證實驗結(jié)果,通過FDTD Solution軟件仿真了不同粒徑的Au顆粒附近場強分布情況,粒徑為100nm的Au顆粒的最大輻射強度為入射光場強度的3.7倍,而粒徑為300nmAu顆粒近場增強效果明顯,最大輻射強度為入射光場強度的8倍。金屬納米顆粒的形狀是影響其表面等離激元的又一重要因素,本文研究了Au納米球和Au納米棒對CdTe/CdS QDs/Au NPs復(fù)合膜熒光性能的影響,與CdTe/CdS QDs薄膜熒光強度相比,嵌入Au納米球后納米復(fù)合膜的熒光強度增加了4倍,而嵌入Au納米棒后納米復(fù)合膜熒光強度增加了10倍,這主要歸因于Au納米棒附近的輻射電磁場強于Au納米球。并利用FDTD Solution模擬了Au顆粒附近輻射電磁場分布情況,與入射光場強度相比,Au納米球附近的電磁場增強了4.6倍,而Au納米棒周圍的場強增強了25倍。當樣品在皮秒激光激發(fā)下,CdTe/CdS QDs膜的熒光衰減壽命為5.2ns,嵌入Au納米球和Au納米棒后,復(fù)合膜的熒光壽命分別下降至3.3ns和2.8ns,這表明Au納米顆粒的嵌入增加了復(fù)合膜的熒光衰減速率,從而導(dǎo)致復(fù)合膜的熒光增強。三、通過化學(xué)刻蝕法在單晶Si片上制備了Si納米線(NWs),并利用濺射和快速退火等方法在SiNWs襯底上制備了Au NPs。通過掃描電子顯微鏡(SEM)對Si NWs在嵌入Au NPs前后的形貌進行了表征,SEM圖表明Si NWs以高密度陣列式垂直于襯底生長,Au NPs成功地嵌入到SiNWs中。采用層層自組裝方法在SiNWs襯底上沉積了CdTe/CdS QDs膜,成功制備了CdTe/CdS QDs/Au NPs納米復(fù)合膜,并對其光學(xué)特性進行了研究,實驗結(jié)果表明平面Si襯底上CdTe/CdS QDs膜的反射率大約為45%,而SiNWs襯底上量子點薄膜的反射率低至10%以內(nèi)。對應(yīng)樣品的熒光光譜表明,與單晶Si襯底上量子點膜相比,SiNWs襯底上CdTe/CdS QDs/Au NPs納米復(fù)合膜的熒光強度增強了9倍,大于單晶Si襯底上CdTe/CdS QDs/Au NPs納米復(fù)合膜的熒光強度。復(fù)合膜熒光強度的增加主要有兩個方面的原因：一方面,Si NWs襯底通過減反功能來提高樣品對入射光的萃取率,從而提高了樣品的熒光效率；另一方面,Au NPs的表面等離共振使得Au顆粒附近的電磁場增強,從而增強了量子點復(fù)合膜的熒光強度。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN304

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9 ;已交付的最大的CdTe調(diào)制晶體[J];激光與光電子學(xué)進展;1974年10期

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