鎘基半導(dǎo)體異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的制備及性質(zhì)研究.pdf

1、作為半導(dǎo)體納米材料之一，鎘基半導(dǎo)體異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)具有諸多優(yōu)異的光學(xué)性能，例如:寬的吸收光譜，可調(diào)的、窄而對稱的發(fā)射光譜等，其在熒光標(biāo)記、LED器件和太陽能電池等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。本論文對鎘基半導(dǎo)體異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，首次制備了四元CdZnTeSe納米晶體，并探索了鎘基半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的生長機(jī)理，豐富了鎘基納米材料的合成工藝和生長機(jī)理。
　　為了獲得近紅外發(fā)光的納米晶體，本文合成了多種形貌的三元CdTeSe和四元CdZnTe

2、Se納米晶體。CdTeSe和CdZnTeSe納米晶的熒光峰位可以從650nm調(diào)節(jié)到800nm，達(dá)到了近紅外光譜區(qū)。CdZnS殼層的包覆增強(qiáng)了多元納米晶的發(fā)光效率和穩(wěn)定性。同時研究了納米晶的形貌與反應(yīng)配體的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中采用十六胺和油酸做配體，分別得到了短棒狀和四足狀的CdZnTeSe納米晶。由于近紅外光譜在生物成像和細(xì)胞標(biāo)記方面具有重要的意義，本文所制備的短棒狀的納米晶體在上述領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用;而四足狀的納米晶體在太陽能電池和LED

3、器件方面具有潛在的應(yīng)用前景。
　　為了解決水相CdTe基量子點(diǎn)的穩(wěn)定性較差和毒性較大的問題，第三章中設(shè)計(jì)并合成了CdTe/CdZnS核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)。ZnS和CdZnS無機(jī)殼層對CdTe量子點(diǎn)的包覆提高了核殼量子點(diǎn)的發(fā)光效率和穩(wěn)定性。殼層包覆之后，量子點(diǎn)的發(fā)光效率提高到了60％以上。隨著殼層厚度的增加，CdTe/CdZnS核殼量子點(diǎn)的發(fā)射光譜出現(xiàn)了較大的紅移;而CdTe/ZnS核殼量子點(diǎn)的紅移較小，只有15nm，這與異質(zhì)結(jié)構(gòu)的類型有

4、關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，核殼量子點(diǎn)的發(fā)光峰位與核的大小和殼層的厚度有很大的關(guān)系。X射線衍射和熒光壽命測試證明了殼層材料在量子點(diǎn)表面的外延生長。由于制備的量子點(diǎn)具有高的熒光效率、可調(diào)的發(fā)光峰位和較低的毒性，它們在生物熒光成像和熒光標(biāo)記等方面具有潛在的應(yīng)用前景。
　　為了獲得水溶性的合金CdTeSe量子點(diǎn)，第四章采用溶劑熱法，以巰基丙酸(MPA)和L-半胱氨酸(L-Cys)為配體，制備了三元CdTeSe量子點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，L-Cys作穩(wěn)定劑的C

5、dTexSe1-x量子點(diǎn)的穩(wěn)定性和熒光強(qiáng)度都要強(qiáng)于MPA作穩(wěn)定劑的CdTexSe1-x量子點(diǎn)。為了研究量子點(diǎn)的組成對其發(fā)光性質(zhì)的影響，在量子點(diǎn)制備過程中調(diào)整了Se/Te的比例。隨著組成的改變，CdTeSe量子點(diǎn)的禁帶寬度和發(fā)光峰位出現(xiàn)了移動。同時研究了反應(yīng)溶液的pH值對量子點(diǎn)的生長動力學(xué)的影響。隨著pH值的增加，量子點(diǎn)的生長速率變快。本文使用了紫外-可見吸收光譜，光致發(fā)光光譜(PL)，X射線衍射和透射電鏡對量子點(diǎn)進(jìn)行了表征。經(jīng)過CdS無

6、機(jī)殼層包覆之后，CdTexSe1-x/CdS核殼量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度和穩(wěn)定性得到了極大地提高，同時伴隨著PL光譜的紅移。由于上述核殼量子點(diǎn)具有優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)，它們在熒光標(biāo)記和LED器件等方面具有重要的潛在應(yīng)用。
　　為了研究鎘基半導(dǎo)體異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的生長機(jī)理，本文中制備了CdS/CdTe異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并在上面沉積了Au納米顆粒，探究了它們的生長機(jī)理。CdS/CdTe異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形貌為四足狀。四足的生長經(jīng)歷了初試階段的快速生長和隨后的Ostwa

7、ld熟化生長過程。Ostwald熟化生長導(dǎo)致四足的端部被消融，從而形成了頭部細(xì)、中間粗的‘紡錘狀’結(jié)構(gòu)四足。值得注意的是，這種‘紡錘狀’的四足是首次被合成出來。之后，在四足結(jié)構(gòu)上沉積了Au納米顆粒，并對CdS/CdTe-Au異質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了光催化的測試。Au納米顆粒的存在使得電子容易傳導(dǎo)出來，從而很好地降解甲基橙等有機(jī)物。CdS/CdTe異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光電性能優(yōu)異，值得人們進(jìn)行深入的研究。
　　為了研究CdS納米棒及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)的生長機(jī)理