核殼量子點(diǎn)激子態(tài)的合成控制.pdf

1、量子點(diǎn)的發(fā)光性質(zhì)決定于其激子態(tài)的性質(zhì)，而激子態(tài)的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。目前，尚無一條研究思路探索通過合成化學(xué)調(diào)節(jié)量子點(diǎn)激子態(tài)的性質(zhì)。本論文旨在通過對激子態(tài)光學(xué)性質(zhì)的表征，確定結(jié)構(gòu)和激子態(tài)性質(zhì)之間的關(guān)系，進(jìn)而利用合成化學(xué)手段達(dá)到控制激子態(tài)性質(zhì)的目的。這條合成路線不同于傳統(tǒng)的量子點(diǎn)合成化學(xué)，后者關(guān)注的主要是量子點(diǎn)尺寸、形貌的單一性。
　　在對CdSe為核、CdS為殼層的核殼量子點(diǎn)的合成中，通過對CdSe核量子點(diǎn)濃度、反應(yīng)溶劑、反應(yīng)溫度、

2、反應(yīng)配體的類型和濃度以及前驅(qū)體種類等合成因素的探討，我們結(jié)合單前驅(qū)體和雙前驅(qū)體合成方法，得到一系列具有不同殼層厚度的高質(zhì)量閃鋅礦晶型CdSe/CdS核殼量子點(diǎn)。所得到的產(chǎn)物不但尺寸和形貌均一，并且在晶體結(jié)構(gòu)、殼層厚度還是光學(xué)性質(zhì)上有很高的重復(fù)性。我們發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)物的光學(xué)性質(zhì)——包括熒光峰位、熒光峰寬、熒光量子產(chǎn)率、熒光衰減通道、單量子點(diǎn)熒光非閃爍且亮度固定——與殼層厚度密切相關(guān)。其中，擁有2到10層CdS殼層的產(chǎn)物都有著90％以上熒光量子效

3、率，而且熒光衰減具有單通道特征。依此判斷，這些樣品的激子態(tài)已達(dá)到光學(xué)性質(zhì)單分散的水平。實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步表明，擁有中等殼層厚度（6～10層CdS）的量子點(diǎn)對于應(yīng)用有著無可比擬的優(yōu)勢。例如，以量子點(diǎn)為電致發(fā)光材料的LED結(jié)果表明，盡管擁有10層CdS和4層CdS殼層樣品的光致發(fā)光量子產(chǎn)率都接近100％，但利用擁有10層CdS的CdSe/CdS核殼量子點(diǎn)制備的LED器件效率可提高2倍。
　　除了溶液中量子點(diǎn)集合體的光學(xué)性質(zhì)測量，我們還對單

4、量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了一系列的研究，以進(jìn)一步探索量子點(diǎn)光學(xué)性質(zhì)單分散的特征。研究表明在單激子條件下，單量子點(diǎn)的熒光光譜、熒光衰減壽命都與整體樣品相符。對于實(shí)驗(yàn)上可測量的外延生長4層到16層CdS的CdSe/CdS核殼結(jié)構(gòu)的單量子點(diǎn)，其熒光都是非閃爍的，非閃爍的臨界體積約為100nm3，遠(yuǎn)低于所有報道過的纖鋅礦結(jié)構(gòu)的CdSe/CdS核殼量子點(diǎn)的非閃爍臨界體積。隨著殼層厚度的增加，這一系列的單量子點(diǎn)有著獨(dú)特的非閃爍行為，以及“亮態(tài)”和“暗態(tài)

5、”的概率統(tǒng)計(jì)。這些結(jié)果進(jìn)一步表明，我們制備的核殼量子點(diǎn)有著很好的光學(xué)性質(zhì)一致性。
　　除了對CdSe/CdS核殼量子點(diǎn)的激發(fā)態(tài)性質(zhì)進(jìn)行了研究，本工作還進(jìn)一步探索了CdSe/CdS/CdSe/CdS和CdS/ZnS/CdS/ZnS等具有復(fù)雜能帶結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)。通過比較CdSe/CdS/CdSe和CdSe/CdS/CdSe/CdS兩種核殼結(jié)構(gòu)的熒光衰減壽命，確定了在CdSe/CdS核殼量子點(diǎn)表面繼續(xù)外延生長CdSe殼層時，可以引入一個更